处理微污染河水的人工湿地中磷的去除特征及吸附形态分布

通过在野外条件下构建两座潜流人工湿地,考察了湿地对微污染水体中磷的净化效果,以及湿地填料对4种主要形态磷的吸附特征.结果表明,湿地对总磷(TP)的平均去除率在30％左右,颗粒性总磷(STP)去除比例略高于溶解性总磷(DTP).两个湿地中TP的出水负荷随其进水负荷的升高线性增大,而磷的单位面积去除负荷与进水负荷呈对数关系,迸水负荷超过1000 g·m-2·d-1后,去除负荷没有发生明显变化.4种主要形态磷的吸附量关系表现为钙镁磷(Ca/Mg-P,12582和11052 mg)＞铁铝磷(Fe/Al-P,5312和5750 mg)＞弱吸附磷(Plabile-P,2054和1207 mg)＞腐殖质磷(Humic-P,-362和-136 mg).湿地3层填料对Humic-P和Plabile-P的吸附能力有限,且伴有解吸现象,而Ca/Mg-P和Fe/Al-P的吸附主要发生在卵石和碎砖层,碎石层对湿地中磷的去除贡献较低.栽种植物对湿地中填料对磷的吸附影响较小.     

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.     

处理含油地表水体的潜流湿地填料筛选及其性能评价

采用包括填料表面微观特征、元素构成、吸附性能、微生物附着生长性、经济性等因素的填料性能评价方法,对处理含油地表水的潜流湿地填料进行评价与筛选.静态吸附试验表明,各种填料对磷的吸附能力为炉渣＞陶粒＞沸石＞砾石＞砖块＞卵石,对石油类的吸附能力为炉渣＞陶粒＞砖块＞沸石＞砾石＞卵石;动态吸附试验表明,各种填料床对石油类的去除效果为炉渣床＞砾石床＞湖泊底泥床;放置在污染水体中的填料表面微生物总数和烃降解菌数量为砖块＞沸石＞砾石,陶粒和炉渣＞卵石.根据上述评价结果,选择总体性能较好的砾石、炉渣、砖块和沸石作为潜流湿地现场试验系统的填料.     

以建筑废砖为填料的人工湿地对农村生活污水的净化效果

采用建筑废砖为填料构建垂直流人工湿地,以常规碎石床湿地为对照,研究了建筑废砖人工湿地对农村生活污水的净化效果。结果表明:生活污水经废砖湿地系统处理后,出水比较稳定。废砖湿地系统对TP、TN和NH+4-N的去除效果显著高于常规碎石床湿地系统,其去除率分别可达到91%、66%和78%。废砖湿地系统与常规碎石床湿地对COD的去除率均较高,去除率可达90%左右。废砖湿地系统出水水质可满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物的排放标准》一级B及以上限值。     

人工湿地中磷的行为及其去除方法研究

人工湿地中磷是通过基质、微生物和植物的共同作用去除的,其中基质对磷的吸附和沉淀是人工湿地除磷的主要方面.构筑两个以碎石和细砂为填料的人工湿地模拟单元,一个种上芦苇,另一个不种任何植物,研究湿地对磷的处理效果.前期试验表明,种芦苇的湿地总磷去除率可以达到92%,其中,总磷的67.35%在湿地上部就得以去除,有相当一部分磷是由湿地中植物、微生物和基质的协同作用加速去除的.最后对人工湿地除磷存在的主要问题及对策进行了探讨.     

人工湿地中磷的行为及其去除方法研究

人工湿地中磷是通过基质、微生物和植物的共同作用去除的，其中基质对磷的吸附和沉淀是人工湿地除磷的主要方面。构筑两个以碎石和细砂为填料的人工湿地模拟单元，一个种上芦苇，另一个不种任何植物，研究湿地对磷的处理效果。前期试验表明，种芦苇的湿地总磷去除率可以迭到92％，其中，总磷的67．35％在湿地上部就得以去除，有相当一部分磷是由湿地中植物、微生物和基质的协同作用加速去除的。最后对人工湿地除磷存在的主要问题及对策进行了探讨。     

潜流园林人工湿地脱氮除磷效果正交试验

以柳树、湿地填料构建潜流型园林人工湿地,考察其脱氮除磷效果,为优化滤池结构,及其应用推广确定最佳运行条件。通过设计L9(34)正交试验,研究了填料、填料铺装方式、植物和水力停留时间(HRT)4个因素对考察指标的影响显著性及优选条件。运用SPSS19.0软件对试验数据的极差、回归分析表明,填料、填料铺装方式、植物、水力停留时间与潜流式园林人工湿地氮、磷去除率间呈显著的线性相关关系,相关系数R2分别为0.996、0.967;各因素对总氮去除率的影响程度排序为:填料、水力停留时间、填料铺装方式、植物;对总磷去除率的影响程度排序为:填料、填料铺装方式、水力停留时间、植物;潜流型园林人工湿地总氮去除率最高的操作条件为:陶粒和页岩的组合均匀混合铺装,种植馒头柳,HRT为9 d,TN去除率预测值为81%;有利于总磷去除率的最佳操作条件为:陶粒和页岩异垂直分层方式填装,植物为旱柳,HRT为6 d,TP去除率预测值为78.2%。     

废砖块作为人工湿地填料的除磷能力研究

对废砖块的物理化学特性进行了分析,并对其进行了磷素吸附能力试验,结果表明,废砖块适于湿地微生物的富集和植物的生长且具有较高的磷素吸附能力.通过构建以废砖块为填料的垂直流人工湿地系统考察并初步探索了其对生活污水中磷素的去除效果和去除机制.结果表明,当水力负荷为5 cm·d-1、运行时间为1 a时,湿地系统除磷效率在90%以上,且效果稳定;废砖块的吸附沉淀作用是湿地系统除磷的主要途径,而植物和微生物直接吸收所起的作用不大;被截留磷素在湿地填料层中具有明显的空间特征,对废砖块中的无机磷形态分析结果表明,废砖块中能与磷素发生沉淀反应的元素含量和其在废砖块中的化学形态是影响其吸附沉淀磷素作用途径的重要因素.因此,废砖块是人工湿地污水处理系统构建过程中较为理想的填料.     

碳化缓释除磷填料的制备与吸附特性分析

制备了2种人工湿地除磷基质填料,碳化缓释Ca(OH)_2(简称1#填料)和铁盐改性Ca(OH)_2(2#填料),并与工程中常用的石灰石和细沙填料进行等温吸附对比实验,比较不同填料的除磷效果。通过等温吸附实验,发现1#填料和2#填料更符合Langmuir等温吸附方程,得到不同填料对磷的理论饱和吸附量分别为806.45 mg/kg(1#填料)、220.26 mg/kg(2#填料)、64.10 mg/kg(石灰石)和24.81 mg/kg(细沙)。结果表明,制备的1#填料和2#填料对磷元素具有较好的去除效果,与人工湿地常用基质填料相比,具有明显的实际应用优势,可用其强化人工湿地除磷效果。     

红土基多孔滤料除磷性能及其城市面源治理应用

以红土为主要原料的多孔除磷滤料为研究对象,通过物理化学特性分析、实验室静态和动态吸附实验考察其除磷性能;再将其作为潜流湿地填料,通过实际工程运用,考察其在城市面源中的实际除磷效果。结果表明:该红土基多孔除磷滤料具有较好的吸附除磷物理化学特性;对磷的最佳吸附时间为4 h,饱和吸附量为5.61 mg/g;在人工模拟废水总磷浓度为1.95 mg/L,水力负荷分别为0.30,0.59,0.88,1.18 m~3/(m~2·d)的条件下,总磷平均去除率为89.20%、81.00%、69.68%、45.37%;在雨水花园实际工程运用中,填充该滤料的潜流湿地对城市面源污染物总磷的平均去除率为73.9%,湿地出水水质相对稳定,基本满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准。因此,该红土基多孔滤料是理想的除磷滤料。     

人工湿地生态根孔技术及其应用

人工湿地亚表层介质的堵塞问题一直是湿地系统持续有效运行的障碍,极大地限制了人工湿地技术的大规模工程应用.通过白洋淀自然湿地现场研究,发现由大型水生植物所形成的根孔异常发达,径级不等的死活根孔混合在一起,组成了庞大的湿地根孔网络.人工湿地生态根孔技术通过模拟白洋淀湿地自然的芦苇根孔系统,以人为填埋的植物秸秆作为湿地的填料/介质,有效地改变了土壤亚表层大孔隙结构,为人工湿地建设和应用开辟了一条新途径.通过构筑根孔和自然根孔之间的过渡和湿地根孔的不断更新,实现湿地填料/介质的自我更新,克服了一般潜流人工湿地其填料/介质易发生堵塞的缺点.构筑根孔有效填补了人工湿地运行初期大量自然根孔尚未形成的空白期.该技术在小试湿地中获得了成功应用.以玉米秸秆和地肤秸秆作为小试模拟湿地的填埋介质,其填埋量体积比为2%～4%.与未填埋秸秆的基质土壤处理单元相比,填埋秸秆处理单元其导水效率和营养盐去除能力都得到了有效提高.研究结果表明:填埋秸秆腐烂后形成的构筑根孔其水分侧向入渗率是基质土壤的20倍左右.在中、低营养盐负荷情况下,填埋秸秆处理单元对溶解性总氮(DTN)去除率平均提高4.5%～27.1%;对溶解性总磷(DTP)去除率平均提高7.0%～20.4%.     

人工湿地系统用于地表水水质改善的效能及特征

在北京官厅水库附近建立潜流人工湿地(总面积:3×20m×2m),芦苇、蒲草混合种植,研究其在不同季节条件下对地表水的处理效能及特征,分析了进水浓度、水力负荷、温度对污染物去除率的影响.结果表明,系统对地表水有较好的处理效果,COD_Mn和NH₄⁺-N的出水浓度与进水浓度的回归关系遵从线性关系;系统对TN、TP的去除率分别为20%～60%和30%～45%;污染物的去除率随温度的降低而降低,随水力负荷率的增加而降低;COD_Mn、NH₄⁺-N和TN的去除率与其进水浓度呈正相关,而TP去除率与其进水浓度呈负相关.并研究建立了潜流湿地冬季运行管理措施.     

潜流人工湿地堵塞程度的原位测定研究

人工湿地因其生态友好、运行费用低廉、处理效果好而被广泛运用于污水处理中,然而潜流人工湿地在运行过程中会发生填料堵塞,导致其利用率下降、寿命缩短,但目前还缺乏简单有效的原位测定人工湿地堵塞程度的方法和仪器.为了客观地评价湿地的堵塞程度,以渗透系数法为测定原理构建了人工湿地堵塞程度原位测定法,结合压力探测和数据处理模块开发了人工湿地堵塞程度原位测定仪,并进行了实验室试验和原位测量以检验方法和仪器的可行性.实验室试验中测量了利用砂土和砾石模拟的不同程度的堵塞.结果表明:当填料砂土与砾石的质量比为2:1、4:1、8:1时,堵塞系数分别为0.69、0.84、0.91 km/d,测得的堵塞系数和填料比例显著相关,能够准确地反映堵塞程度.原位测量选择运行了1~5 a的4个潜流人工湿地（A、B、C、D湿地）进行,运行一段时间后,潜流人工湿地入口处、湿地管道破损处和使用时间较长的湿地堵塞系数较高,最高达0.998 km/d,而运行情况良好的D湿地堵塞系数在0.5 km/d以下.研究显示,原位测定结果能很好地反映湿地的堵塞情况.      

Application of constructed wetlands for wastewater treatment in tropical and subtropical regions (2000-2013)

Constructed wetlands(CWs) have been successfully used for treating various wastewaters for decades and have been identified as a sustainable wastewater management option for developing countries. With the goal of promoting sustainable engineered systems that support human well-being but are also compatible with sustaining natural(environmental)systems, the application of CWs has become more relevant. Such application is especially significant for developing countries with tropical climates, which are very conducive to higher biological activity and productivity, resulting in higher treatment efficiencies compared to those in temperate climates. This paper therefore highlights the practice,applications, and research of treatment wetlands under tropical and subtropical conditions since 2000. In the present review, removal of biochemical oxygen demand(BOD) and total suspended solid(TSS) was shown to be very efficient and consistent across all types of treatment wetlands. Hybrid systems appeared more efficient in the removal of total suspended solid(TSS)(91.3%), chemical oxygen demand(COD)(84.3%), and nitrogen(i.e.,80.7% for ammonium(NH)4-N, 80.8% for nitrate(NO)3-N, and 75.4% for total nitrogen(TN))as compared to other wetland systems. Vertical subsurface flow(VSSF) CWs removed TSS(84.9%), BOD(87.6%), and nitrogen(i.e., 66.2% for NH4-N, 73.3% for NO3-N, and 53.3% for TN)more efficiently than horizontal subsurface flow(HSSF) CWs, while HSSF CWs(69.8%)showed better total phosphorus(TP) removal compared to VSSF CWs(60.1%). Floating treatment wetlands(FTWs) showed comparable removal efficiencies for BOD(70.7%),NH4-N(63.6%), and TP(44.8%) to free water surface(FWS) CW systems.     

潜流人工湿地基质结构与水力特性相关性研究

利用数值模拟方法结合实验手段,研究基质结构与系统水力特性的相关性,数值模拟结果表明,填料渗透系数对人工湿地水力效率影响很大,单层结构人工湿地系统中,填料渗透系数越大,流场分布越不均匀;由上到下填料渗透系数逐渐增加的分层填充方式能有效避免短流及死区的发生,提高系统水力效率.根据数值模拟结果构建两个人工湿地对比小试实验系统,并开展示踪实验对模拟结果进行验证,示踪实验结果表明,分层填充结构水力特性显著优于单层结构潜流人工湿地,二者有效体积比分别为0.87和0.49.可见,数值模拟方法能够有效应用于潜流人工湿地基质结构参数优化方面.     

Pilot-scale studies of domestic wastewater treatment by typical constructed wetlands and their greenhouse gas emissions

Three typical constructed wetlands (CWs) including Vertical Flow (VF), Free Water Surface (FWS), and Subsurface Flow (SF), and combined VF-SF-FWS constructed wetlands were investigated for the treatment of domestic wastewater with low C/N ratio. The performance of nutrient removal and the characteristics of greenhouse gas emissions, such as CH₄ and N₂O, from these CWs were compared. The results indicated that the four types of CWs had high removal efficiencies for organic matter and suspended solid (SS). The combined wetland also showed a comparatively good performance for nitrogen and phosphorus removal, and the removal efficiencies for total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) were 81.3% and 84.5%, respectively. The combined CWs had a comparative lower global warming potential. The FWS CW had the highest tendency to emit CH₄ and led to a higher global warming potential among the four types of CWs, which was about 586 mg CO₂/m²·h.     

布洛芬和双氯芬酸在不同构型人工湿地中的去除行为研究

在酸性药物中选取常用的布洛芬和双氯芬酸为典型对象,研究其在人工湿地中的去除行为,探讨不同工艺、有无植物、不同季节对其去除效果的影响.结果表明,工艺因素对二者的去除存在显著影响.其中,布洛芬在水平潜流和垂直潜流湿地中的平均去除率(分别为69%和60%)显著高于表面流湿地(26%),而双氯芬酸在表面流湿地中的平均去除率(58%)则显著高于水平潜流和垂直潜流湿地(分别为49%和43%).植物的存在可以显著提高布洛芬的去除率,对双氯芬酸的去除则无显著影响.配对样品t检验发现两种药物在夏季与秋季的去除效率无显著差异.双氯芬酸的去除效率与DO值、COD的去除效率呈极显著负相关,而布洛芬的去除效率与基质中好氧脱氢酶活性具有较好的正相关性,可能表明,布洛芬在湿地中主要通过好氧降解去除,双氯芬酸在湿地中的主要去除途径为光降解和厌氧降解.