人工湿地组合工艺对水体中浮游动物群落结构的影响

研究了在不同水力负荷条件下［0.6 m³·(m²·d)^-1,0.8 m³·(m²·d)^-1,1.0 m³·(m²·d)^-1］,人工湿地组合工艺系统对浮游动物群落结构的影响和在相同的水力负荷下,人工湿地组合工艺系统对浮游动物群落结构影响的季节性变化.结果表明,在水力冲击负荷为0.8 m³·(m²·d)^-1时对浮游动物群落结构的影响相对较大;春、夏、秋季的作用强于冬季,而秋季对浮游动物群落结构的影响最大;对大型浮游动物的影响大（去除率≥70％）,对小型浮游动物的影响相对小一些,湿地出水中出现了一些进水中没有的种类;稳定塘的存在对浮游动物的群落结构变化起到了缓解作用,组合工艺（下行流湿地→兼性塘）的作用效果较弱;下行流→上行流湿地→推流床湿地和下行流湿地→推流床湿地的作用效果较强,对浮游动物的影响较大.     

人工湿地组合系统除磷的净化空间研究

通过小试试验研究了由塘系统、垂直流、推流床单元组成的人工湿地工艺系统组合在内部不同空间上除磷的净化效应。结果发现,在高水力负荷下运行一段时间后,各套组合工艺系统对磷的净化效率均出现了不同程度的下降,其中下行池单元表层对磷的去除效率下降得最为显著;在各种组合中,塘单元对磷的净化效果并不理想。但是好氧塘单元与湿地的联用却可以有效地避免正磷酸盐释放的问题。     

不同水力负荷下人工湿地-稳定塘组合系统的净化效果

采用人工湿地与沉水植物稳定塘组合系统在低、中、高三种不同水力负荷条件下对污水处理效果进行研究,分析水力负荷对组合系统性能的影响状况,以及各构筑物贡献率的对比。结果显示组合系统耐负荷能力强、处理效果良好、出水稳定;整个组合系统除溶解性磷酸盐外,污染物均随着水力负荷的增加去除率降低,低水力负荷去除效果最优,各构筑物中人工湿地与水力负荷呈负相关性,而稳定塘则受水力负荷影响不显著;各构筑物贡献率中人工湿地对有机物的去除效果较好,但稳定塘对氮磷污染物的去除效果优于人工湿地。     

潜流人工湿地负荷变化对脱氮效果的影响研究

通过15个月的现场监测试验,研究了约40种入水负荷下人工湿地的脱氮效果,总结了芦苇、茭草、混合种植以及无植物潜流湿地在不同水力负荷和污染负荷下的单位面积出水氮负荷和去除率的变化规律.4种潜流系统入水负荷从400mg·(m²·d)^-1变化到8 000 mg·(m²·d)^-1,出水负荷小于7 000 mg·(m²·d)^-1,研究表明,潜流湿地出水负荷随着入水负荷的升高而升高,具有明显的线性相关关系.单位面积总氮的去除率在低负荷条件下随入水负荷的升高而升高,但在高负荷时单位面积去除率基本维持在一定的水平,不受入水负荷的影响,去除率变化波动较大.各系统的最佳运行范围在2 000～4 000mg·(m²·d)^-1之间,平均去除率在1 062～2 007 mg·(m²·d)^-1之间.床体间比较认为,植物床脱氮效果明显好于空白床,芦苇床、茭草床单位面积脱氮效率高出空白床63%和27%;同时考察的植物吸收量证明,植物吸收氮的量非常有限,不到去除量的5%,证明植物主要通过吸收以外的其它因素如改善水力条件和根系微环境来提高系统的氮去除效率.研究结果为潜流湿地脱氮机理的理解和设计提供参考.     

陶粒复合垂直流人工湿地对污水季节性处理效果的试验研究

研究了四种陶粒组合、一种石灰石碎石5套复合垂直流人工湿地在不同季节处理生活污水的运行效果。结果表明:陶粒组合人工湿地系统对COD、TP、NH3-N的去除效果均优于石灰石碎石湿地;复合垂直流人工湿地对COD的去除效果在冬季有所下降,但仍保持在50%以上;湿地系统对TP去除率受季节性变化影响不显著,但随着复合垂直流人工湿地系统的运行,基质层对TP的吸附逐渐饱和,去除效率缓慢下降;1号~5号人工湿地对氨氮的去除率分别从秋季42.0%、55.1%、61.1%、49.9%、50.2%下降至冬季21.9%、31.0%、36.5%、28.5%、29.2%,春、夏季处理效率开始回升,并保持稳定的状态。     

潮汐流-水平潜流组合人工湿地对细菌处理效果的研究

以潮汐流-潜流组合人工湿地为研究对象,探讨该种组合方式下湿地系统对细菌的去除,同时讨论了不同淹没排空比(3∶3、5∶3、9∶3)下潮汐流湿地床对细菌的去除效果。结果表明:在潮汐流湿地系统中,细菌的去除率随着水力停留时间的增加而提高。在组合潮汐流-潜流系统中,淹没排空比为3∶3时,总细菌、总大肠菌群及粪大肠菌的总体去除率分别为96.5%、97.9%、92.4%,而潮汐流湿地床的去除率仅为65.8%、58.2%、46.9%,较短的水力停留时间成为细菌去除的限制因素。仅利用组合人工湿地作为高浓度微生物污水的处理是不够的,需要后续处理。     

3种类型人工湿地处理富营养化水体中试比较研究

针对五里湖富营养化水体,在同等条件下开展了3种类型人工湿地处理效果的比较研究,试验采用现场中试规模,水力负荷为0.8 m³/(m²·d).结果表明,垂直流、潜流和表面流3种人工湿地对氨氮的平均去除率分别为33.2%、27.4%和14.1%;对总氮的平均去除率分别为52.3%、50.1%和19.2%;对总磷的平均去除率分别为58.8%、57.9%和26.3%;对锰酸盐指数的平均去除率分别为37.2%、38.3%和14.8%;对叶绿素a的平均去除率分别为86.9%、96.1%和55.3%.可见,垂直流人工湿地对氨氮、总氮和总磷的去除效果最好,潜流人工湿地对高锰酸盐指数和叶绿素a的去除效果最好,但垂直流和潜流人工湿地之间的差异较小,表面流人工湿地对各污染物的去除效果均远低于前两者.从出水水质稳定性来看,垂直流人工湿地出水水质最稳定,潜流次之,表面流最差.     

亚热带丘陵区绿狐尾藻人工湿地处理养猪废水氮磷去向

以亚热带丘陵区为研究区,采取野外定位观测的研究方法,选取耐高氮（N）、磷（P）的绿狐尾藻为湿地植物,建立稻草基质池+6级绿狐尾藻表面流湿地系统,湿地总面积1597 m²,水力负荷0.06~0.14 m·d^-1,水力停留时间31 d,研究此湿地系统对养猪废水（NH₄⁺-N：535.4~591.09 mg·L^-1、TN：682.09~766.96 mg·L^-1、TP：57.73~82.29 mg·L^-1和COD：918.4~1940.43 mg·L^-1）的治理效果,旨在为亚热带高负荷猪废水的生态治理提供参数依据.结果表明,湿地系统对NH₄⁺-N、TN、TP和COD的平均去除率为97.4%、97.1%、91.0%和90.2%,其中以CW1累积贡献率最大（37.3%、38.4%、43.3%和27.4%）.植物N、P吸收量在23.87~79.96 g·m^-2和5.34~18.98 g·m^-2之间,占湿地N、P去除量的19.1%和20.2%;底泥N、P吸附量在19.17~56.62 g·m^-2和10.59~26.62 g·m^-2之间,占去除量的19.8%和61.7%.湿地N、P去除率与影响因子间的关系表明,环境因子解释了湿地N、P去除率的79.9%和70.1%.其中,DO是湿地系统N去除的主要因子,底泥P吸附是P去除的关键.     

不同工艺组合人工湿地系统应用于生活污水除氮效果研究

以厌氧沉淀塘、垂直潜流湿地、水平潜流湿地、表流湿地和生态景观塘为单元构建了4种不同工艺组合的人工湿地系统并应用于生活污水除氮实验研究,连续一年的实验监测结果表明:不同工艺组合人工湿地系统对生活污水除氮效果差别明显,以潜流湿地为单元构建的CW4系统对污水中氨氮和总氮的去除效果最好,分别为52. 23%～82. 46%和38. 72%～88. 46%;而CW3和CW1系统对污水中氨氮和总氮的去除率最差。此外,不同人工湿地系统在不同季节对生活污水除氮效果差异较大。     

复合人工湿地系统对生活污水的净化效果

将垂直流人工湿地与水平流人工湿地组成复合人工湿地系统,研究了此复合系统对化粪池出水的净化效果。结果表明,当水平流人工湿地的水力停留时间为3d天时,复合系统对COD、BOD5、TP的去除率分别达到73％、66％、87％,并通过垂直流湿地的硝化作用及水平流湿地的反硝化作用,复合系统对TN的去除率达到40％以上。     

Pollutant removal from municipal wastewater employing baffled subsurface flow and integrated surface flow-floating treatment wetlands

This article reports pollutant removal performances of baffled subsurface flow, and integrated surface flow-floating treatment wetland units, when arranged in series for the treatment of municipal wastewater in Bangladesh. The wetland units （of the hybrid system） included organic, inorganic media, and were planted with nineteen types of macrophytes. The wetland train was operated under hydraulic loading fluctuation and seasonal variation. The performance analyses （across the wetland units） illustrated simultaneous denitrification and organics removal rates in the first stage vertical flow wetland, due to organic carbon leaching from the employed organic media. Higher mean organics removal rates （656.0 g COD]（m2.day）） did not completely inhibit nitrification in the first stage vertical flow system; such pattern could be linked to effective utilization of the trapped oxygen, as the flow was directed throughout the media by the baffle walls. Second stage horizontal flow wetland showed enhanced biodegradable organics removal, which depleted organic carbon availability for denitrification. The final stage integrated wetland system allowed further nitrogen removal from wastewater, via nutrient uptake by plant roots （along with nitrification）, and generation of organic carbon （by the dead macrophytes） to support denitrification. The system achieved higher E. coli mortality through protozoa predation, E. coli oxidation, and destruction by UV radiation. In general, enhanced pollutant removal efflciencies as demonstrated by the structurally modified hybrid wetland system signify the necessity of such modification, when operated under adverse conditions such as： substantial input organics loading, hydraulic loading fluctuation, and seasonal variation.     

复合垂直流人工湿地污染物去除及微生物群落结构的PCR-DGGE分析

采用复合垂直流人工湿地净化富营养化景观水,考察了湿地系统中ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP)和ρ(DO)以及pH的沿程变化,并采用PCR-DGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构垂直分布及组成的多样性. 结果表明:从下行池到上行池,ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP),ρ(DO)和pH沿水流方向逐渐下降,上行池末端出水ρ(DO)略有回升,污染物的去除主要发生在下行池;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,在湿地系统的不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属;下行池表层微生物多样性指数最高,上行池各样品间的相似性较好. 从下行池到上行池,微生物群落的多样性降低,群落结构间的相似性逐渐增大. 植物供氧、残体累积以及根际效应有助于提高湿地表层微生物的多样性.      

Effect of artificial aeration on the performance of vertical-flow constructed wetland treating heavily polluted river water

Three lab-scale vertical-flow constructed wetlands (VFCWs), including the non-aerated (NA), intermittently aerated (IA) and continuously aerated (CA) ones, were operated at different hydraulic loading rates (HLRs) to evaluate the effect of artificial aeration on the treatment efficiency of heavily polluted river water. Results indicated that artificial aeration increased the dissolved oxygen (DO) concentrations in IA and CA, which significantly favored the removal of organic matter and NH₄⁺-N. The DO grads caused by intermittent aeration formed aerobic and anoxic regions in IA and thus promoted the removal of total nitrogen (TN). Although the removal efficiencies of COD_Cr, NH₄⁺-N and TN in the three VFCWs all decreased with an increase in HLR, artificial aeration enhanced the reactor resistance to the fluctuation of pollutant loadings. The maximal removal efficiencies of COD_Cr, NH₄⁺-N and total phosphorus (TP) (i.e., 81%, 87% and 37%, respectively) were observed in CA at 19 cm/day HLR, while the maximal TN removal (i.e., 57%) was achieved in IA. Although the improvement of artificial aeration on TP removal was limited, this study has demonstrated the feasibility of applying artificial aeration to VFCWs treating polluted river water, particularly at a high HLR.     

人工湿地构型对水产养殖废水含氮污染物和抗生素去除影响

利用水平潜流人工湿地和下行-上行复合垂直流人工湿地净化水产养殖废水,研究水流方式、水力停留时间对水产养殖废水中含氮污染物、抗生素等典型污染物净化效果的影响.结果表明,复合垂直流人工湿地对含氮污染物具有较好的去除效果,对TN、NH_4~+-N的去除率在水力停留时间为3 d时可分别达到58%、80%.采用BIOLOG微平板技术和高通量测序对两个人工湿地入流端基质微生物群落的分析发现,复合垂直流人工湿地因其内部结构有利于水流流向及溶解氧条件使得微生物活性和多样性均较高,Nitrospira属分布较多是氨氮去除效果较好的主要原因.水力停留时间对NO_3~--N、NO_2~--N的去除有较大影响,维持在3~4 d对各类含氮污染物可获得较好的去除效果.采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法对抗生素去除效果进行研究发现,人工湿地构型对抗生素的去除效果差异不大,两种人工湿地对恩诺沙星的去除效果优于磺胺甲唑和氟甲砜霉素,当水力停留时间从1 d延长至3 d可提高磺胺甲唑的去除率至50%以上.     

连续流湿地中DO、ORP状况及与植物根系分布的关系

构建了水平潜流芦苇人工湿地以处理富营养化河水.在连续运行的近2a时间中,对湿地芦苇根系分布、湿地水体溶解氧(DO)、氧化还原电位(OBP)的时空变化及水力负荷(HLR)对DO、ORP的影响等进行了研究.结果表明,当年生芦苇95%的根系生物量分布在0～20 cm的基质层中,第2个生长年中97%的根系生物量分布在0～35 cm的基质层中,第2年植物根系在深度方向上有了更大的扩展.湿地中上层水体DO和ORP在沿程方向上是逐渐升高的,底层的变化很小,在水深方向上上层大于中底层.受芦苇根系主要分布在基质上层的影响,距地表20 cm的范围内基本属于中等还原环境,中底层水体为强还原环境,水平潜流湿地内部总体上是厌氧状态的.受植物光合作用及大气复氧作用的影响,湿地水体DO在1d之内先升高后降低.水体DO及ORP随着HLR的增大而降低.考察了植物根区ORP状况及根系分布对水体氧化还原状态的影响,结果表明,根系表面的OBP高达(260.6±54.3)mV,远高于水体的ORP(-220.3±21.5)mV.植物根系的释氧作用提高了根区的氧化能力.根区的好氧微环境不足以改变湿地内部的整体厌氧状态;但湿地上层大量根系分布仍然起到了改善湿地上层环境氧化状态的作用.     

水耕植物过滤法去除氮磷的影响因素及途径

采用水耕植物过滤法(hydroponic bio-filter method,HBFM)净化富营养化地表水的试验表明,在水力负荷为3.0 m³/(m²·d)的条件下,TN、TP年平均去除率分别为16.8%、30.8%,年平均去除速率分别为1.0、0.1 g/(m²·d)．通过底泥沉积去除的氮、磷分别占系统氮、磷总去除量的62.2%和75.9%,是TN、TP最主要的去除途径．HBFM的最佳水力负荷为3.0～4.0 m³/(m²·d).西洋菜收割时的剪割强度影响其氮磷吸收速率,每次剪割长度不得超过10　cm.收割频率为1次/月时不会影响HBFM的氮磷去除效果.     

水力负荷及固相碳源对BAF+多级土壤渗滤组合工艺处理污水的影响研究

碳源的选择及曝气量的控制是影响多级土壤渗滤系统(multi-soil-laying,即MSL)脱氮效果的重要因素.试验采用BAF+MSL两段式新型组合工艺,避免了传统MSL曝气过量抑制反硝化脱氮的风险.考察了不同水力负荷下,BAF+MSL对生活污水的净化效果,并比较研究了以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为反硝化碳源的MSL-1及木屑为碳源的MSL-2的脱氮除磷效果.结果表明,不同水力负荷下,系统对SS平均去除率为94.08%,对COD的去除率均在80%以上,出水COD在20mg·L-1以下.水力负荷对系统BAF段硝化性能影响较小,对MSL反硝化脱氮影响较大.BAF水力负荷为0.5、1及2m·3m-·2d-1时,BAF对NH4+-N的去除率均在90%以上,对TN的平均去除率依次为26.53%、11.09%、5.71%;对应MSL段水力负荷分别为0.25、0.50及1m·3m-·2d-1时,MSL-1对TN平均去除率分别为87.39%、65.09%、45.56%,MSL-2平均去除率依次为61.51%、42.52%、31.32%.MSL-1脱氮性能明显优于MSL-2,而两者除磷效果区别较小.随着水力负荷增大,MSL对TP去除率依次降低,MSL-1对TP平均去除率最高为91.97%.     

好氧/厌氧潜流湿地结构工艺优化

前期研究表明在人工潜流湿地(SFCWs)中设置好氧段和厌氧段可显著提高SFCWs对COD、NH4+-N的去除率.然而曝气产生的富氧环境不利于NO3--N和NO2--N的去除,一定程度上抑制了反硝化反应的进行.反硝化程度较低是实验中仍需进一步解决的问题.本研究在前期研究的基础上,对好氧/厌氧多级串联潜流人工湿地结构及工艺进行了改进优化,采用多点进水的措施来强化反硝化过程,并设计相应的区段去除该部分污染物.结果表明,水力负荷约为0.06m3.(m2.d)-1时,进一步优化结构和比例的好氧-缓冲-厌氧-缺氧-好氧曝气多点进水湿地对COD、NH4+-N和TN的去除率可达到91.6%、100%和87.7%.在补充进水之后的区段,COD/N迅速升高到10以上,做到了补充碳源的同时最大限度地利用湿地去除污染物.改良后的湿地达到了净化工艺优化的目的,为提高人工湿地总氮去除效率提供了理论依据及应用基础.     

Performance study and kinetic modeling of hybrid bioreactor for treatment of bi-substrate mixture of phenol-m-cresol in wastewater: Process optimization with response surface methodology

Performance of a hybrid reactor comprising of trickling filter(TF) and aeration tank(AT) unit was studied for biological treatment of wastewater containing mixture of phenol and m-cresol,using mixed microbial culture.The reactor was operated with hydraulic loading rates(HLR) and phenolics loading rates(PLR) between 0.222-1.078m3/(m2·day) and 0.900-3.456kg/(m3·day),respectively.The efficiency of substrate removal varied between 71%-100% for the range of HLR and PLR studied.The fixed film unit showed better substrate removal efficiency than the aeration tank and was more resistant to substrate inhibition.The kinetic parameters related to both units of the reactor were evaluated and their variation with HLR and PLR were monitored.It revealed the presence of substrate inhibition at high PLR both in TF and AT unit.The biofilm model established the substrate concentration profile within the film by solving differential equation of substrate mass transfer using boundary problem solver tool ’bvp4c’ of MATLAB 7.1 software.Response surface methodology was used to design and optimize the biodegradation process using Design Expert 8 software,where phenol and m-cresol concentrations,residence time were chosen as input variables and percentage of removal was the response.The design of experiment showed that a quadratic model could be fitted best for the present experimental study.Significant interaction of the residence time with the substrate concentrations was observed.The optimized condition for operating the reactor as predicted by the model was 230mg/L of phenol,190mg/L of m-cresol with residence time of 24.82 hr to achieve 99.92% substrate removal.