组合人工湿地系统对污水处理厂二级出水的深度处理效果

为了解组合人工湿地系统深度处理污水的效果,利用水质分析和微生物多样性分析相结合的方法,研究了VF-HF组合人工湿地系统〔由VFCW（垂直流人工湿地）与HFCW（水平流人工湿地）串联组成〕深度处理污水处理厂二级出水的效果.结果表明:①稳定运行期间,VF-HF组合人工湿地系统出水的ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（TP）的平均值分别为18.11、0.41、0.96和0.16 mg/L,对COD_Cr、NH₄+-N、TN和TP的平均去除率分别为67.21%、89.83%、90.08%和70.91%,且VFCW对COD_Cr的去除性能好于HFCW,HFCW对氮的去除性能好于VFCW.②VF-HF组合人工湿地系统中细菌的丰富度和多样性差异明显,VFCW和HFCW中上层填料中细菌的丰富度和多样性均大于下层,且系统中优势细菌富集明显,其中VFCW沸石层富集了优势反硝化细菌菌科（Comamonadaceae）和优势菌属（Desulfomicrobium）,HFCW的石英砂层富集了优势反硝化细菌菌科（Xanthomonadaceae）和优势菌属（Silanimonas）,HFCW的沸石层富集了优势反硝化细菌菌科（Rhodocyclaceae）.研究显示,VF-HF组合人工湿地系统深度处理二级出水的效果较好,出水水质达到GB 3938—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质要求,且系统中富集了优势反硝化细菌菌科（Comamonadaceae,Xanthomonadaceae,Rhodocyclacea）以及优势菌属（Desulfomicrobium,Silanimonas）.      

洱海流域生态塘湿地氮截留特征及其影响因素

为考察生态塘湿地对农村面源污染水体氮截留效果及其影响因素,以洱海子流域生态塘湿地为例,对其基本设计参数和水质进行调查分析,评估生态塘湿地对氮的截留效果,识别不同形态氮在湿地中的迁移转化特征,剖析生态塘湿地中氮截留的主控因子.结果表明:①污水经生态塘湿地净化处理后,出水水质显著改善.出水氮达GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准的比例为37.5%. ②Spearman相关分析表明,湿地净化效率与湿地氮输入密切相关,生态塘湿地可以有效实现氮的截留,η（TN）（η为去除率）分别与ρ（NH₄+-N）（R=0.226,n=84）、ρ（TN）（R=0.215,n=84）呈显著正相关,与ρ（NO₃--N）（R=-0.201,n=84）相关性不强,硝酸盐氮截留是其效率提高的主要制约因素. ③丰水期、枯水期高低水位交替运行有助于氮截留效率的稳定,枯水期生态塘几乎可以截蓄汇水分区内全部农村面源污水,实现污水的收集消纳及净化.丰水期和枯水期平均η（NH₄+-N）分别为57.72%和55.30%;平均η（NO₃--N）分别为49.45%和46.73%;平均η（TN）分别为54.41%和54.20%. ④单因素分析法有助于识别影响湿地氮净化效率的主控因子.研究显示,当生态塘湿地面积（< 8 000 m2）、库容（< 15 000 m3）、水深（< 2.0 m）在一定范围内时,氮净化效率与面积、库容、水深响应关系不显著,但合适的水深（< 0.4 m和>1.5 m）有利于氮的截留.      

多级串联表面流库塘-湿地净化农田径流效果评价

农田径流已成为湖泊流域非点源污染治理的主要制约因素.为研究多级串联表面流库塘-湿地中各级表面流湿地对洱海流域农田径流水体的净化效果,以大理市喜洲镇美坝村新建的多级串联表面流库塘-湿地为研究对象,跟踪监测其各级表面流湿地进、出水中ρ（TN）、ρ（NO₃--N）和ρ（TP）,分析水质净化效果及营养盐质量浓度沿程变化规律.结果表明:①多级串联表面流库塘-湿地出水ρ（TN）、ρ（NO₃--N）和ρ（TP）平均值分别为1.77、1.18和0.05 mg/L,低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅴ类标准限值,TN、NO₃--N和TP去除率分别为57.75%、65.54%和67.43%.②农田径流在经过沉淀池、一级和二级表面流湿地后,对TN、NO₃--N和TP的去除率已分别达45.35%、52.21%和50.59%,且二级表面流湿地中出水ρ（TN）、ρ（NO₃--N）和ρ（TP）分别为2.36、1.69和0.06 mg/L,已达到较好的出水水质.③氮、磷营养盐质量浓度沿程削减模型拟合结果表明,指数削减模型较适宜表征TN、NO₃--N在多级串联表面流库塘-湿地中的沿程削减过程,而TP的最佳削减模型为线性削减模型.研究显示,多级串联表面流库塘-湿地对农田径流具有较好的净化效果,其对营养盐净化作用主要体现在前两级表面流湿地.      

曝气时间对美人蕉生态浮床去除水体中营养盐的影响

为有效去除水体中的营养盐,以美人蕉生态浮床为研究对象,将曝气时间设置为0(对照)、4、8、12 h/d,曝气量均为2.4 m3/(m2·d),研究曝气时间对植物生态浮床去除水体中营养盐的影响,在培养的0、3、5、7、18、28 d对美人蕉株高进行测量,同时监测水体中ρ(DO)、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(COD_Cr)、ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N),试验结束后对美人蕉根际细菌总数进行测定. 结果表明:①与对照组相比,曝气4和8 h/d情况下ρ(DO)及TN、TP、NH₃-N、NO₃--N去除率均差异显著;②曝气4 h/d下美人蕉长势最好,并且在试验的第28天美人蕉株高达109 cm;③曝气4 h/d下ρ(DO)最高,并且对水体中营养盐的去除效果最好,试验至第28天,ρ(DO)为11.29 mg/L,TN、TP、COD_Cr、NH₃-N、NO₃--N去除率分别为75.10%、69.32%、65.75%、73.29%、78.79%;④试验至第28天,曝气4 h/d情况下美人蕉根际细菌总数达1.01×106 mL-1,显著高于曝气0、8和12 h/d下的细菌总数(分别为4.12×105、9.07×105、7.77×105 mL-1). 研究显示,该试验条件下,曝气4 h/d对水体中营养盐的去除效果最佳.      

巢湖水体氮磷营养盐时空分布特征

在不同汛期对巢湖水体进行了网格化样品采集,研究了巢湖水体中氮磷营养盐的含量与时空分布规律,确定了巢湖水体的主要污染因子.结果表明,巢湖入湖河流中TP、TN和NO-3-N指标均超过了Ⅴ类水标准,南淝河和十五里河中TP、TN、NH+4-N和NO-3-N表现出丰水期低于平水期、枯水期的季节性变化特征,在其他河流则呈现出丰水期高于枯水期、平水期的特征;巢湖湖体氮磷营养盐浓度的分布存在时空差异,西部湖区中氮磷营养盐含量远高于东部湖区;TP、TN和NH+4-N表现出在枯水期高于平水期和丰水期的变化特征,而NO-3-N在丰水期的含量较高;巢湖水体的主要污染因子为TN和NH+4-N,这些污染物从西往东质量浓度不断减少.     

厌氧膜生物反应器出水生物脱氮技术研究

为解决AnMBR（厌氧膜生物反应器）出水NH₄+脱除的问题,提出利用AnMBR出水中残余COD_Cr、溶解性CH₄以及低价态硫元素,通过构建缺氧滤池和好氧滤池进行生物异养和硫自养脱氮的方法,进一步削减AnMBR出水COD_Cr、去除溶解性CH₄、同时同步生物脱氮.结果表明:①缺氧滤池与好氧滤池经过120 d单独驯化与33 d串联驯化后,在HRT（hydraulic retention time,水力停留时间）为6 h、进水为实际AnMBR出水的工况条件下,出水ρ（TN）为17.93 mg/L,去除率为52.7%;出水ρ（NH₄+-N）为2.78 mg/L,去除率为92.3%,达到GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准.在HRT为8 h工况条件下,出水ρ（TN）为14.60 mg/L,去除率为59.0%;出水ρ（NH₄+-N）为2.22 mg/L,去除率为93.7%,达到GB 18918-2002一级A标准.②脱氮滤池中氮脱除路径主要包括残余COD_Cr异养反硝化、溶解性CH₄异养反硝化和硫自养反硝化,并通过物料衡算评价了三者对于氮脱除的贡献,在HRT为6 h的工况条件下,脱氮滤池脱氮过程中残余COD_Cr异养反硝化、溶解性CH₄异养反硝化和硫自养反硝化三者占比分别为54.1%、24.3%和21.5%;在HRT为8 h的工况条件下,脱氮滤池脱氮过程中3种途径占比分别为70.4%、13.8%和15.8%.研究显示,脱氮滤池可以实现对AnMBR出水的低耗生物脱氮以及整体水质的达标排放.      

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.      

BBFR-IVCW工艺对微污染水体的脱氮效果

以BBFR(biomass bio-film reactor, 生物质生物膜反应器)和IVCW(integrated vertical-flow constructed wetland,复合垂直流人工湿地)构成小试系统,由改性水草塘、生态塘和IVCW构建中试系统,对高碳低氮水的脱氮效果及其影响因素进行了研究. 结果表明,小试系统中CW2(2#湿地)出水ρ(TN)低于CW1(1#湿地);中试系统对TN的去除率为52.49%,出水达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ级标准. C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕对BBFR中TN去除率的影响较大,但对NO₃--N去除率的影响并不明显. 从经济成本和反硝化效果来看,小试系统最优C/N为4.9,中试系统最优C/N为4.8. C/N为2.8时,CW1对NO₃--N的去除率为71.88%±15.70％,与C/N>2.8时相比,差异显著(F₃,6=21,P<0.05);C/N为4.1时,CW2对NO₃--N的去除率为92.83%±11.26％,与其他C/N下NO₃--N去除率的差异显著(F₃,6=4.34,P<0.05). 小试系统中BBFR对COD_Cr的去除贡献率高于TN,但各单元作为一个有机整体优势互补,共同保证系统出水水质.      

松花江流域氮时空分布特征及源解析研究

松花江流域是我国氮污染较为严重的流域之一,为了研究松花江流域氮时空变化特征和主要来源,结合松花江流域2003-2018年国控断面NH₄+-N、TN及相关指标的监测数据和典型断面采样检测数据,采用季节性Kendall检验法分析了松花江流域ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（COD_Mn）的历史变化趋势,利用Origin 8.0软件绘制了ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（COD_Mn）的沿程分布图及水期规律图,并采用氮氧稳定同位素技术解析了水体中氮的主要来源.结果表明:①松花江流域城市污染排放对水体氮浓度具有较大影响,城市下游断面氮浓度远高于城市上游断面,并且松花江流域支流氮浓度高于干流.②时间维度上,松花江流域水体中不同水文期ρ（NH₄+-N）和ρ（TN）变化规律为枯水期>平水期>丰水期,ρ（COD_Mn）变化规律为枯水期 < 平水期 < 丰水期.③季节性Kendall检验法分析结果显示,松花江流域90.0%的断面ρ（NH₄+-N）呈下降趋势,62.5%的断面ρ（TN）呈上升趋势,且上升趋势断面主要集中在支流伊通河、阿什河上.④13个典型采样断面δ15N-NO₃（硝酸盐氮同位素）和δ18O-NO₃（硝酸盐氧同位素）值域范围分别为1.52‰~11.15‰、-13.82‰~1.32‰,水体氮主要来源于含氮肥料、土壤侵蚀造成的有机氮输入以及人畜排泄物和城市生活污水输入.研究显示,近15年来松花江流域干流水体氮污染情况呈好转趋势,但重要支流水体氮污染仍严重,城市污染排放是流域水体氮污染的重要影响因素之一,需要加强对城市生活污水及化肥和粪肥等农业面源输入的管控.      

大宁河水生态系统健康评价

随着人口增长及社会经济的发展,河流水生态系统健康受到严重威胁.为了解大宁河水生态系统健康状况,选取大宁河2011-2015年水体水质[水温、pH、SD（透明度）、ρ（DO）、ρ（COD_Mn）、ρ（TN）、ρ（TP）]与水生态[藻密度、ρ（Chla）]9个主要指标,构建了大宁河水生态系统健康评价指标体系,运用基于熵值法的综合健康指数法对其水体生态系统健康状况进行综合评价.结果表明,2011-2015年,大宁河水生态系统健康状况整体呈亚健康状态,有50.89%的监测样本处于亚健康状态,枯水期健康状态好于丰水期.大宁河各监测断面CHI（综合健康指数）值的季节变化特征为丰水期低于枯水期;年际变化特征为从2011-2015年CHI值呈先升后降的变化趋势,健康状态呈先转好后转差的变化趋势,大宁河水体富营养化趋势明显;空间变化特征为丰水期和枯水期CHI最低值主要位于中下游的白水河、龙门和菜子坝断面,河流水质与人类活动强度密切相关.研究显示,影响大宁河水生态系统健康的关键因子为营养盐指标[ρ（TN）、ρ（TP）]和有机物指标[ρ（COD_Mn）].      

功能分区型人工湿地处理养殖废水厌氧消化液的性能

针对养猪废水厌氧消化液高ρ(NH₄+-N)的特点,构建了上层填充沸石强化硝化、下层填充砖渣强化反硝化的功能分区型人工湿地,考察其启动阶段运行性能、硝化区及反硝化区污染物去除性能. 结果表明,湿地以间歇方式运行(饱和液位无变化),启动后NO₃--N的产生速率为0.014 6 kg/(m3·d),湿地底部出水的ρ(NO₃--N)平均值为14.94 mg/L,明显低于沸石层的21.77 mg/L. COD_Cr主要在湿地上层硝化区被去除,平均去除率为64.82%. 随着湿地启动,下层由于反硝化作用消耗的有机物增至56.67 mg/L. 在进水期的前15 min,COD_Cr、NH₄+-N、TP的去除率最大,NO₃--N溶出量(以ρ计)最高,达42.30 mg/L. 沸石层10、20和30 cm处硝化速率基本稳定,沸石层的E_h均在400 mV以上. 与间歇方式相比,湿地以潮汐流方式(进水期与落干期时间比为1 h∶23 h)运行时,COD_Cr和TN去除率分别由78.45%和41.99%升至82.62%和53.41%. 研究显示,功能分区型人工湿地通过上层硝化、下层反硝化方式可有效去除养殖废水厌氧消化液中的NH₄+-N.      

温度及碳源对NPR工艺脱氮除磷效果的影响

在NPR中试基础上研究了温度和碳源对脱氮除磷效果的影响.结果表明:低温影响污泥沉降性能,低温下有机物的去除更容易受到有机负荷的影响.温度对生物去除SS,COD_Cr和TP的效果影响不大,对氨氮及TN的去除效果影响比较明显,在温度由8 ℃上升到26℃的过程中,氨氮及TN去除率分别由16%和18%上升到84%和69%.控制系统在合适的温度范围内能够实现较好的脱氮除磷效果.外加碳源有助于脱氮效率的提升,20 ℃下碳氮比(ρ(C)/ρ(N))由5提高至8时,TN去除率由57%提高至66%,对除磷效果影响则不明显.      

丹江口库区土地利用格局与水质响应关系

为探究山地丘陵地区不同土地利用类型对流域水质的影响,利用2014年丹江口库区流域Landsat 8遥感影像数据(分辨率为30 m)和14条入库河流的水质数据,以库区14个小流域为基本研究单元,采用流域分割和多元统计分析相结合的方法研究土地利用类型对入湖河流水质的影响.结果表明:丹江口库区14条直接入库河流ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)和ρ(TP)年均值分别为14.98、4.06、1.32和0.17 mg/L,可将其划分为3组,即清水保育型、轻污染防控型和重污染治理型,各组之间的显著性差异指标为ρ(COD_Cr)、ρ(NH₄+-N)、ρ(TN)和ρ(TP).冗余分析显示,建设用地对14条主要入库河流水质指标的影响最大,尤其是对重污染河流ρ(TN)、ρ(COD_Cr)和ρ(COD_Mn)的影响较大,应划为蓝线优化开发区;耕地对清水保育型和轻污染防控型河流ρ(TN)和ρ(TP)的影响较大,并且对ρ(TN)的影响大于ρ(TP),划为黄线控制区;林地有助于削减水体污染物,是流域主要清水产流区,划为红线保护区.      

淮河流域(河南段)水质时空变化特征及其与土地利用类型的关系

水质的定量评估有利于地方政府制定和实施水污染防治政策.为研究近期淮河流域行政区划尺度上水质的时空变化特征及其受土地利用类型的影响,以淮河流域（河南段）为研究区,根据2009-2017年31个水质站点的水质周测浓度,结合土地利用遥感监测数据,利用季节性Mann-Kendall趋势检验法及Spearman相关分析法,对ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）和ρ（TP）的时空变化特征及其与土地利用类型的相关性进行分析.结果表明:①在时间上,ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）和ρ（TP）在大部分地区呈下降趋势,但各水质指标依然较高,ρ（COD_Cr）和ρ（TP）在丰水期略高于枯水期,ρ（NH₄+-N）在枯水期高于丰水期.②在空间上,水污染比较严重的有沱河、浍河、惠济河、涡河、贾鲁河、清潩河、颍河中游、黑茨河、汾泉河和洪汝河,大部分站点为GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类或Ⅴ类水质,部分站点甚至属于GB 3838-2002劣Ⅴ类水质;而颍河上游、北汝河、沙河、淮河干流及史灌河的水质较好,基本属于GB 3838-2002Ⅰ类或Ⅱ类水质.③土地利用类型与水质之间的相关性表现为ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）与旱地和城镇面积占比均呈正相关,与林地、草地和荒地面积占比均呈负相关,与水域面积占比也呈负相关但不显著.研究显示,淮河流域（河南段）水质有所改善,但部分地区水污染问题仍然比较严重,旱地与城镇用地是造成研究区水污染的主要原因,林地、草地、荒地和水域能够缓解水污染.      

生物-化学强化处理城市污水除磷试验

以PFS(聚合硫酸铁)和PAS(聚合硫酸铝)为混凝剂,分别在化学反应器和SBR(序批式活性污泥反应器)内,研究模拟城市污水的化学除磷和生物-化学强化除磷的效果. 结果表明:在化学反应器内,投加PFS和PAS均可提高TP的去除率,当投加量分别为0.20和1.00 mL/L时,出水ρ(TP)均在0.50 mg/L以下,TP去除率均超过90.0%. 在生物反应器内,投加PFS和PAS均可强化生物除磷效果,与化学除磷相比,PFS投加量需增至0.25 mL/L,TP去除率才可达到90.0%,单独投加PFS的除磷效果好于PFS强化生物除磷效果;而PAS投加量降至0.50 mL/L,出水ρ(TP)即低于0.50 mg/L,TP去除率可达到90.0%以上,PAS强化生物除磷效果好于单独投加PAS的除磷效果. 在生物反应器内投加PAS,TN去除率可提高12.5%;而投加PFS后TN去除率则下降3.3%. 在生物反应器内投加PFS和PAS,能将COD_Cr去除率从82.6%提至90.0%以上. 采用PCR-DGGE技术分析微生物群落特征发现,投加混凝剂的反应器内生物群落数量有所减少,但同时产生一些新生物种群,强化了功能种群的处理效果.      

南京仙林新市区土地利用结构与格局对湿地水环境氮、磷影响研究

以南京仙林新市区典型湿地为例,综合考虑湿地生态系统特点及其集水区内土地利用情况,根据湿地受城市化影响程度,将10个典型城市湿地分为农村型、城郊型和城市型三大类,采用RDA分析方法,研究城市湿地氮、磷与不同土地利用类型和格局的相互关系.结果表明:1农村型湿地水质最好,城郊型次之,而城市型湿地水质明显劣于农村型与城郊型.2各类型湿地TP、TN浓度均表现为湿季大于干季特征.其中,农村型与城郊型湿地TP浓度干湿季差异较城市型明显;而TN浓度干湿季节变化则呈现相反规律.3湿地水质受到多种土地利用类型和格局的综合影响.在土地利用方面,TP、TN浓度在干、湿季节均与不透水用地呈显著正相关,与草地、林地和湿地均表现为负相关,并且湿地与水质指标的负相关性较草地、林地显著.在土地利用格局方面,TP、TN浓度在干、湿季均与平均斑块形状呈负相关,与斑块密度、多样性指数为正相关;在景观相邻性影响方面,土地利用格局与TN浓度关系密切,湿季呈负相关,干季为正相关.     

浅滩湿地水深对氮、磷去除的影响及其在河道治理中的应用

研究了不同水深条件（5,10,15,20,25 cm）下芦苇湿地对伊通河水中氮、磷的净化能力。结果表明:浅水位条件有利于NH₄+-N的硝化作用及挥发作用。水深为5 cm时TN和NH₄+-N的去除效果最好,10 cm时NO₃--N的去除效果最好,水深25 cm时TN和NH₄+-N的去除率明显降低。NH₄+-N的吸附和转化作用对TN的衰减起着主导作用。磷的去除率与水深的相关性较小,表明磷的去除主要是化学转化与吸附作用。根据湿地水深对污染物去除的影响,研究设计了1种可自动调节深度的浮动湿地。通过浮动湿地的净化,使研究区河水中TN、NH₄+-N和TP浓度大幅降低,水质得到明显改善。     

组合MBR工艺中试系统处理高氨氮生活污水

以低碳氮比〔ρ(BOD₅)/ρ(TN)〕、高氨氮生活污水为研究对象,对强化缺氧/好氧+膜生物反应器(A/O+MBR)组合工艺系统的运行稳定性和处理效果进行中试研究.结果表明:在A/O工艺中引入纤毛填料,强化了组合工艺去除有机物及氨氮的效果,缓解了膜组件污染;根据进水负荷和温度变化,优化了工艺运行参数ρ(MLSS)和混合液回流比,系统稳定运行期间的HRT为6.7～11.9 h,膜通量为11～20 L/(m2·h);处理系统对BOD₅,COD_Cr,氨氮及SS的平均去除率分别达97.4%,87.2%,97.5%和100%,处理水ρ(BOD₅)≤ 6 mg/L,ρ(COD_Cr)≤ 40 mg/L,ρ(氨氮)≤5 mg/L;由于碳源缺乏,组合工艺对TN和TP去除率较低,分别为28.5%和26.8%,但处理水中的TN和TP以硝态氮和溶解性磷酸盐为主,是植物吸收氮源和磷源的主要形式,因此对符合再生水水源要求的处理水可作为城市绿化及农田灌溉用水回用,不仅可补充植物与作物生长必需的氮磷营养元素,而且为城市生活污水资源化提供了一条有效途径.