人工湿地微生物硝化和反硝化强度对比研究

通过对表面流和潜流人工湿地中不同填料层的微生物硝化和反硝化强度进行对比研究,探讨了人工湿地脱氮过程中硝化反硝化作用的变化,从微生物角度分析了人工湿地脱氮效果的差别.研究结果表明,人工湿地系统可以同时进行硝化和反硝化作用.表面流湿地硝化强度高于潜流湿地,2个系统中的硝化强度具有较明显的分层现象,上层硝化强度高于下层.2个系统中沿程硝化强度呈递减趋势,硝化强度反映氨氮去除率的大小,表面流湿地氨氮的去除率高于芦苇潜流湿地30%～40%.反硝化强度比较结果表明,潜流湿地上层土壤填料的反硝化强度最高,砾石填料反硝化强度最低,表面流湿地反硝化强度居中,2个系统反硝化强度上下分层不明显,沿程基本保持不变.     

处理低污染水的复合人工湿地脱氮过程

为了解人工湿地处理低污染水的脱氮过程,以洱海流域邓北桥湿地为例,采用水质分析、细菌数量分析与硝化/反硝化强度分析相结合的方法,研究了复合型人工湿地处理低污染河水过程中的氮转化过程及污染物去除效果.结果表明:在氧化塘-表流湿地-潜流湿地-表流湿地的复合型人工湿地中,p(NH3-N)和p(TN)呈逐级降低的趋势,NH3-N和TN的平均去除率分别可达53.24％和48.21％.氧化塘和表流湿地的硝化强度显著高于潜流湿地,二级表流湿地中硝酸菌数量和表层硝化强度均为各工艺单元中最高的,分别为93.00×105 g-1和8.42×102 mg/(m3 ·h);潜流湿地中ρ(DO)较低,其反硝化作用强度为各单元最高的,其中表层反硝化强度为32.70×102 mg/(m3·h),深层反硝化强度为32.09×102 mg/(m3 ·h).该复合型人工湿地中反硝化的主要单元为潜流湿地.     

潜法人工湿地处理微污染河道水中有机物和氮的净化效率及沿程变化

以野外水平潜流芦苇砾石床人工湿地研究r湿地对微污染河道水的长期动态净化特性.2年多的运行结果表明,潜流湿地对污染物的去除性能存在波动、稳定过程.潜流湿地降解有机物和脱氮性能与植物生长和季节变化相关,其中植物生长和季节变化对湿地脱氮效能的影响大于对湿地去除有机物的影响.潜流湿地降解有机物的主要场所随运行时间沿程推移,启动期主要在湿地前部完成,稳定运行期主要在湿地的前、中部完成.湿地对有机物的去除率,在6.10%～37.83%之间变化.湿地运行期间,沿程水样C/N值基本>5.碳源供应较充足.潜流湿地启动期TN平均去除率为15.51%,稳定运行期TN平均去除率为8.61%,低于启动期.整个运行期间湿地TN去除率不足40%.潜流湿地中硝化与反硝化反应在中部达到动态平衡,TN去除效率最高.稳定运行期间潜流湿地的前、中部耗氧强度最大,后部下层有明显硝化反应发生.潜流湿地对有机物降解、硝化与反硝化反应、TN去除具有沿程同步性.试验还初步发现.在植物生长旺盛的春夏季根系分泌的低分子有机酸对化能自养型硝化细菌可能有较大抑制作用,可能是影响脱氮效率提高的一个因素.     

潜流人工湿地处理微污染河道水中有机物和氮的净化效率及沿程变化

摘要：以野外水平潜流芦苇砾石床人工湿地研究了湿地对微污染河道水的长期动态净化特性。2a多的运行结果表明,潜流湿地对污染物的去除性能存在波动、稳定过程。潜流湿地降解有机物和脱氮性能与植物生长和季节变化相关,其中植物生长和季节变化对湿地脱氮效能的影响大于对湿地去除有机物的影响。潜流湿地降解有机物的主要场所随运行时间沿程推移,启动期主要在湿地前部完成,稳定运行期主要在湿地的前、中部完成。湿地对有机物的去除率,在6.10%～37.83%之间变化。湿地运行期间,沿程水样C/N值基本大于5,碳源供应较充足。潜流湿地启动期TN平均去除率为15.51%,稳定运行期TN平均去除率为8.61%,低于启动期,整个运行期间湿地TN去除率不足40%。潜流湿地中硝化与反硝化反应在中部达到动态平衡,TN去除效率最高。稳定运行期间潜流湿地的前、中部耗氧强度最大,后部下层有明显硝化反应发生。潜流湿地对有机物降解、硝化与反硝化反应、TN去除具有沿程同步性。试验还初步发现,在植物生长旺盛的春夏季根系分泌的低分子有机酸对化能自养型硝化细菌可能有较大抑制作用,可能是影响脱氮效率提高的一个因素。     

芦苇根际微环境对潜流人工湿地氮与COD去除性能的影响

构建了3个小型潜流人工湿地,一个不种植物作为对照;另2个栽种芦苇,其中一个湿地在芦苇根部埋设300目尼纶网制成的根袋,以区分根际与非根际环境.采用人工配水,研究了稳定运行期的人工湿地对COD、N的去除性能.结果表明,3个湿地对COD、N的去除场所主要位于湿地前端,且COD与N的去除具有沿程同步性.在进水C/N=5时,对照湿地、芦苇湿地和根袋湿地对NH⁺₄-N和TN的去除效率分别为66.2%、94.2%、82.2%和67.2%、90.7%、76.1%,具有同步硝化反硝化现象;对COD的去除效率分别为56.2%、80.9%、72.7%.试验中,3个湿地沿程水样的C/N值均大于5,表明碳源供应较充足.通过在湿地中预埋铂电极和土壤溶液采样器的方法,测定了根际土壤与非根际土体土壤ORP以及土壤溶液中的有机物含量（以TOC表征）.结果表明,湿地前端根际土壤ORP明显高于空白湿地和湿地土体土壤,差值分别为11～311 mV、62～261 mV.根系分泌物显著增加了植物湿地中有机碳的供应,根际土壤与非根际土体土壤中TOC含量分别为21.3～54.6 mg·L^-1和6.65～12.0 mg·L^-1.正是湿地植物根际环境中较高的氧化还原电位以及充足的碳源供应,使得植物湿地的脱氮效果好于对照湿地.     

潜流构造湿地去除农田排水中氮的研究

对潜流构造湿地处理农业面源污水的脱氮效果进行了中试研究.研究证明潜流湿地氮去除效率和水力停留时间呈正相关关系,芦苇床的脱氮效果明显好于茭草床和空白床,名义水力停留时间大于5d时,芦苇、茭草潜流湿地脱氮效率可以达到60%以上.氮的去除满足一级推流反应动力学关系,空白床、芦苇床和茭草床的一级反应动力学常数K分别为0.14、0.26和0.20d^-.微生物的反硝化是人工湿地脱氮的主要途径,植物吸收总氮量仅占入水量的15%左右.     

几种湿地植物根系生物量研究

 根据不同植物不同时期在不同类型人工湿地中的根系生物量的测量结果,分析了湿地植物的生长状况及根系分布特点.以象草(Pennisetum purpureum)为优势种的潜流湿地比表面流湿地植物生长旺盛,在表面流湿地里象草3～5月生长旺盛,6月后出现枯萎,8月份甚至死亡;而潜流湿地的象草一直生长正常.5种湿地植物根系生物量的比较分析表明,5月份0～15cm土层的根系生物量以象草最多,其次是美人蕉(Canna indica)、香根草(Vetiveria zizanioides)、芦苇(Phragmites communis),香蒲(Typha latifolia)最少;8月份美人蕉最多,其次是象草、香根草、芦苇,香蒲最少.15cm以下则是芦苇最多,其次是香蒲、香根草、美人蕉,象草最少.根系生物量的增幅则是芦苇最快,象草最慢.     

污水对红树林人工湿地硝化和反硝化作用研究

通过对红树林人工湿地小试系统在城市生活污水处理和自来水处理下的硝化作用和反硝化作用强度的研究,探讨污水排放对红树林人工湿地的硝化和反硝化作用的影响以及硝化和反硝化作用在不同红树植物、基质不同深度的变化规律。结果表明:红树林人工湿地可同时进行硝化和反硝化作用,硝化、反硝化作用分别与硝化、反硝化菌的数目呈显著正相关,污水排放会极显著增加基质的硝化和反硝化作用。不同深度的硝化、反硝化作用不同,基质上层(0~10 cm)的硝化作用能力极显著高于下层(10~20 cm),反硝化作用刚好相反,但差异不显著。有红树植物人工湿地的硝化、反硝化作用要强于无植物系统,不同植物人工湿地系统的硝化作用强弱依次是:秋茄桐花树海桑,差异不显著,反硝化作用强弱顺序刚好相反,但差异显著。相关性分析表明,硝化、反硝化作用与基质有机质、盐度及p H值显著相关。     

潜流人工湿地演变对废水中有机物、氮及磷去除的影响

众多研究表明,潜流人工湿地对污水的处理效果明显高于自由表面流型湿地,但实验研究表明潜流人工湿地因堵塞而逐渐演变为自由表面流人工湿地后,其对有机物(COD、TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果优于具有相同填料及植物的潜流人工湿地.通过实验室培养实验,以考察人工湿地演变对有机物的矿化、硝化/反硝化作用、氮及磷去除的影响.结果表明,与潜流人工湿地相比,演变后的自由表面流人工湿地对有机物的矿化率(以TOC表示)为1.82 mg·h-1,高于潜流湿地的1.49 mg·h-1;对NO3-去除率为96.8%,高于潜流湿地的58.1%;非生物脱硝去除率为40%,高于潜流湿地的28.2%;演变后对磷的吸附量(以P计)为160 mg·kg-1,高于潜流湿地的140 mg·kg-1,对磷的去除主要为填料吸附,有机物的覆盖有利于磷去除;但演变后的自由表面流人工湿地的硝化作用能力低于潜流湿地.因此,人工湿地演变对其效能有重要影响.     

复合垂直流人工湿地污水处理系统硝化与反硝化作用

研究了复合垂直流人工湿地各基质层的硝化与反硝化菌数量以及硝化与反硝化作用强度.结果表明,基质中硝化菌数量为7.5×10³～1.1×10⁵MPN·g^-1,反硝化菌数量为7.5×10⁶～1.1×10⁷ MPN·g^-1.硝化作用强度为0.01～6.35μg·(g·d)^-1,反硝化作用强度为3.37～4.19μg·(g·d)^-1.沿水流方向硝化菌数量和硝化作用强度明显降低,其变化趋势呈显著正相关(r=0.9661,p＜0.001).反硝化菌数量和反硝化作用强度比较稳定,沿水流方向略有上升,其变化趋势呈显著正相关(r=0.7722,p＜0.025).沿水流方向,硝化作用与反硝化作用强度变化呈显著负相关(r=-0.9776,p＜0.001),这与人工湿地的溶氧状况和污水中氨氮含量较高相一致.     

水力停留时间对潜流湿地净化效果影响及脱氮途径解析

利用连续进水的垂直潜流人工湿地和水平潜流人工湿地,比较分析了4种水力停留时间对常规污染物去除效果的影响,在最佳水力停留时间下探究了两种湿地内部各基质层硝化、反硝化和氨氧化功能基因丰度以及硝化与反硝化作用强度;通过对两种湿地脱氮影响因素的冗余分析和方差分解分析,得出影响湿地氮去除的主要因素.结果表明,当水力停留时间为24 h时,两种湿地系统对常规污染物（COD、TP、TN和NH₄⁺-N）去除效果最佳,去除率均大于70%,此时湿地内部对NH₄⁺-N和TN的去除率以及硝化和反硝化强度皆表现出沿水流方向逐级递减的趋势;3种功能基因中,反硝化功能基因（nirS）丰度远高于硝化功能基因（nxrA）和氨氧化功能基因（AOB-amoA）.在本研究中,两种潜流人工湿地氮去除能力均受环境因素和微生物因素共同影响,其中,微生物因素对脱氮贡献率最高（55%和48%）.除此之外,TN和NH₄⁺-N的去除率均与DO、基质比表面积、COD浓度和硝化功能基因及反硝化功能基因丰度呈正比,与pH值成反比.因此,为提高两种系统氮去除效果,均可通过提高基质层溶解氧和碳源含量以及适当地降低pH值来实现,水平潜流人工湿地还可通过更换比表面积较大的基质层来显著提高系统脱氮效果.本研究为人工湿地的设计以及最佳水力停留时间的选择提供了理论基础,脱氮途径的定量化解析对深入理解人工湿地氮去除机制以及提高氮素去除率具有重要的指导意义.     

人为干扰对闽江河口湿地土壤硝化-反硝化潜力的影响

选择闽江河口芦苇湿地为研究对象,研究了人为干扰活动(养殖塘、污染物排放和农业活动)对湿地土壤硝化-反硝化潜力的影响.结果表明,人类干扰活动对湿地土壤硝化和反硝化潜力均具有显著影响,4种土壤的硝化潜力表现为水稻田>养殖塘>排污闸口>芦苇湿地,其最大硝化率分别为103.45%、99.38%、12.58%和4.16%,而反硝化作用的变化规律则与之相反,24d内的最大反硝化率分别为21.89%、26.95%、78.15%和88.28%,说明人类干扰和管理程度越大,土壤硝化潜力越大,反硝化潜力越弱.土壤NO3--N含量是闽江河口地区不同人为干扰方式下土壤硝化-反硝化作用差异的重要指示指标,土壤pH值与土壤硝化-反硝化作用也具有密切关系,而土壤有机质、全氮、全磷和可溶性碳含量以及电导率等则与土壤硝化-反硝化作用不具有显著的相关关系.人类干扰活动导致土壤硝化能力的提高,反硝化能力的降低,能够增加土壤氮素以硝态氮形式淋失的风险.     

不同水深条件下芦苇湿地对氮磷的去除研究

研究了两种水深条件(2cm浅水位和15cm深水位)下芦苇湿地对模拟太湖水中氮磷的净化能力。结果表明,芦苇的存在明显地促进湿地脱氮除磷能力的发挥。湿地内反硝化过程为主要脱氮途径。芦苇对湿地反硝化过程的促进作用主要是通过提供有机碳源实现的。在相同进水水质和停留时间为24h的运行条件下,浅水位芦苇湿地与深水位芦苇湿地相比对氮磷的去除率更高,但后者对氮磷的去除速度更快。     

人工湿地控制暴雨径流污染的实验研究

研究了不同填料，不同植物的人工湿地对暴雨径流中污染物的去除，实验结果表明：（1）以沸石为填料的人工湿地对暴雨径流中的COD，N具有高而稳定的去除率。（2）沸石能高效去除氨氮，并可生物再生，长期保持吸附氨氮能力。（3）N的去除是通过硝化，反硝化作用。植物吸收，微生物的同化作用去除。（4）草蒲和芦苇对N的去除效果没有明显区别。（5）对COD的去除，芦苇好于菖蒲，但菖蒲的除P能力大于芦苇。     

改性沸石湿地脱氮除磷效能及机制

为明确改性沸石湿地对分散性农村生活污水中氮磷的去除效能,并探索其脱氮除磷机制,将改性沸石作为折流湿地填料层填料,应用于厌氧折流板反应器(ABR)+折流湿地(BFCW)组合工艺,为苏州市农村生活污水处理提供新途径.结果表明,改性沸石湿地对氮磷去除良好且稳定,脱氮量和除磷量较沸石湿地分别增大1.8%和1倍多.湿地主要通过填料的吸附截留作用脱氮除磷,以Ca-P和Al-P为主要沉淀磷素形式,植物的泌氧和吸收作用有助于稳定出水水质.湿地前端和后端分别以填料的吸附截留作用和微生物的硝化反硝化作用为主要脱氮途径.改性过程对沸石磷素吸附沉淀性能的大幅提升是在多重途径的协同作用下实现的,湿地构型和植物根系的影响是造成相同区域填料氮磷截留量差异的主要原因.硝化作用强度的高低是改性沸石湿地脱氮效果及稳定性季节性波动的主因.     

An innovative wood-chip-framework substrate used as slow-release carbon source to treat high-strength nitrogen wastewater

Removal of nitrogen in wastewater before discharge into receiving water courses is an important consideration in treatment systems. However, nitrogen removal efficiency is usually limited due to the low carbon/nitrogen (C/N) ratio. A common solution is to add external carbon sources, but amount of liquid is difficult to determine. Therefore, a combined wood-chip-framework substrate (with wood, slag and gravel) as a slow-release carbon source was constructed in baffled subsurface-flow constructed wetlands to overcome the problem. Results show that the removal rate of ammonia nitrogen (NH₄⁺-N), total nitrogen (TN) and chemical oxygen demand (COD) could reach 37.5%–85%, 57.4%–86%, 32.4%–78%, respectively, indicating the combined substrate could diffuse sufficient oxygen for the nitrification process (slag and gravel zone) and provide carbon source for denitrification process (wood-chip zone). The nitrification and denitrification were determined according to the location of slag/gravel and wood-chip, respectively. Nitrogen removal was efficient at the steady phase before a shock loading using slag-wood-gravel combined substrate because of nitrification–denitrification process, while nitrogen removal was efficient under a shock loading with wood-slag-gravel combined substrate because of ANAMMOX process. This study provides a new idea for wetland treatment of high-strength nitrogen wastewater.     

人工湿地氮转化与氧关系研究

应用N转化迁移模型分析廊道式人工湿地氮转化与氧供应的关系,验证目前湿地全程硝化反硝化脱氮机制的有效性.对各个廊道进出水NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、B₅、DO进行了测定和分析.在水力负荷5cm/d条件下,各廊道湿地有机氮矿化率为0.01～0.28g·(m²·d)^-1、氨氮硝化率0.50～1.54 g·(m²·d)^-1,反硝化率0.41～1.13 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的3.4%～35.4%)、植物净吸收氮0.07～0.26 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的7%～33%).硝化反硝化与有机质降解同时进行,在进水端最明显,这与传统认识相悖.按照全程硝化化学计量学得到的硝化需氧量(NOD)高于实际的表面复氧和植物根系放氧.最后对在高浓度有机质存在条件下,能减少对氧需求的2种新型脱氮机制进行了讨论.     

利用充氧和回流强化波形潜流人工湿地的脱氮效果

为提高人工湿地对氨氮的去除能力,在本实验中将传统波形潜流人工湿地进行改造,于第2个波形区间内安装曝气管,改善湿地内氧气分布状况,提高湿地的硝化效果,并与传统波形潜流人工湿地进行对照试验.结果表明,由于大部分COD在第2波形区间充氧过程中得到去除,因此在第3波形区间硝化菌成为优势菌种,使湿地中硝化程度达到90%以上,出水中COD值大幅下降,耐进水冲击负荷的能力明显加强.在第2阶段将湿地出水按50%的回流比回流湿地起端,原污水在湿地起端和1/3处分别进水,证明1/3处进水总氮去除率最高,达到50%左右,水力负荷在0.8 m³/(m²·d)时,COD有机负荷达到56～112 g/(m²·d),氨氮负荷达到20～28 g/(m²·d).