铁矿石和生物炭添加对潜流人工湿地污水处理效果和温室气体排放及微生物群落的影响

人工湿地中基质的种类和填充方式会影响人工湿地中微生物的多样性及丰度,进而影响污水处理效果.通过在温室内构建空白-人工湿地（CW0）、铁矿石-人工湿地（CW1）、生物炭-人工湿地（CW2）和铁矿石+生物炭-人工湿地（CW3）这4组湿地,研究不同填料人工湿地系统的污水处理效果和温室气体排放及微生物群落结构的差异.结果表明,添加铁矿石或者生物炭能够提高-0.12%～1.7%的COD去除率.添加生物炭能够分别提升22.48%的NH⁺₄-N和6.82%的NO^-₃-N去除率,并分别降低83.91%的CH₄和30.81%的N₂O排放通量.添加铁矿石能够降低1.12%的NH⁺₄-N去除率,提高3.98%的NO^-₃-N去除率,并分别降低33.29%的CH₄和25.2%的N₂O排放通量.添加生物炭或者铁矿石均能够增加放线菌门（Actinobact...     

不同曝气方式对人工湿地细菌多样性、代谢活性及功能的影响

细菌在人工湿地去除污染物过程中起着非常关键的作用.基于DNA和RNA高通量测序技术探讨了不同曝气强化方式影响下的人工湿地单元内细菌多样性、代谢活性和功能.结果发现：（1）养殖废水和人工湿地处理组共检测到细菌4 042个操作分类单元（OTUs）,其中α-变形菌、γ-变形菌和拟杆菌为多样性最高的类群,且人工湿地曝气强化方式会在一定程度上增加细菌的多样性;（2）基于DNA和RNA测序结果均发现细菌优势类群主要为：α-变形菌、γ-变形菌、拟杆菌和放线菌,且这4种类群代谢活性主要受到总氮（TN）和硝态氮（NO^-₃-N）浓度的调控;（3）基于FAPROTAX数据库功能注释,共检测到56个细菌功能群组,主要为：化能异养、好氧化能异养、发酵、胞内寄生、暗氢氧化、光合自养、光合异养和硝酸盐还原.氮循环相关功能的发现表明细菌在人工湿地去除氮营养盐过程中起着非常关键的作用.该结果有助于加强对曝气处理下人工湿地去除污染物过程中细菌群落结构及功能的认识.     

低温季节水平潜流和垂直潜流人工湿地尾水深度处理中试

人工湿地工作效率和作用机制在低温环境下与在适温条件下存在较大差别,为探究水平潜流人工湿地与垂直潜流人工湿地在低温季节进行污水深度处理的效用与机制差异,构建了两组潜流人工湿地,分析其在不同碳氮比（C/N）条件下对有机物、总氮（TN）和总磷（TP）的净化效果,考察了湿地基质表面、植物根际微生物分布差异.结果表明,当进水COD浓度在37.50~80.00 mg·L^-1之间,总氮和总磷浓度在《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准内,以2 m³·d^-1流量连续运行工况下：①水平潜流和垂直潜流人工湿地均表现出稳定的有机物降解能力,且对有机负荷有较强的抗冲击能力;②补充碳源可显著提升潜流人工湿地的去氮效率,添加碳源后,水平潜流人工湿地TN平均去除率高达76.01%,垂直潜流人工湿地TN平均去除率达到71.69%,但碳源的添加对磷的去除无明显影响,并且对水平潜流人工湿地污染物净化效果提升更显著;③分析两种类型湿地基质和植物根际的微生物群落结构发现,变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门在两类湿地样品中均表现为优势菌门,两种湿地基质表面样品微生物群落结构组成差异大于植物根际样品,嗜氢菌属（Hydrogenophaga）、丹毒丝菌属（Erysipelothrix）和戴沃斯菌属（Devosia）对微生物群落差异贡献度最高;整体而言,垂直潜流人工湿地基质和植物根际微生物群落的物种多样性及丰富度高于水平潜流人工湿地.     

铁碳微电解填料对人工湿地温室气体排放的影响

随着全球气候变暖的问题日益严重,人工湿地中温室气体的减排措施也受到越来越多的关注.铁碳微电解填料对废水处理效果良好且具备温室气体减排的潜力,为探究铁碳微电解对间歇曝气人工湿地温室气体排放的影响,本研究构建了以铁碳微电解填料+砾石（湿地Ⅰ）、铁碳微电解填料+沸石（湿地Ⅱ）、沸石（湿地Ⅲ）以及砾石（湿地Ⅳ）为基质的4组人工湿地,并利用间歇曝气技术对湿地系统进行了增氧.结果表明,铁碳微电解填料显著提高了间歇曝气人工湿地的脱氮效果,且具备对人工湿地温室气体的减排作用.与湿地Ⅳ相比,湿地Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的CH₄排放通量分别平均降低了32.81%（P<0.05）、52.66%（P<0.05）和54.50%（P<0.05）,其中沸石对CH₄的减排效果较优,能显著降低曝气段和非曝气段人工湿地CH₄的排放.铁碳微电解填料明显减少了N₂O的排放,与湿地Ⅳ相比,湿地Ⅰ和Ⅱ分别实现N₂O减排30.29%~60.63%（P<0.05）和43.10%~73.87%（P<0.05）.各组湿地系统在典型周期内排放的CH₄和N₂O引起的综合GWP（以CO₂-eq计）分别为（85.21±6.48）、（49.24±3.52）、（127.97±11.44）和（137.13±11.45）g·m^-2,铁碳微电解填料与沸石的联合使用有效实现了人工湿地温室气体的减排.总体而言,湿地Ⅱ在间歇曝气的条件下对污水净化效果最好,温室气体的减排效果最佳.     

锰矿石人工湿地中去除双氯芬酸的机理研究

以双氯芬酸为目标有机药物污染物,探究其在以锰矿石为填料并接种了异化金属还原菌（Geobactermetallireducens,简称GS-15细菌）的垂直流人工湿地中的去除过程.结果表明,双氯芬酸在锰矿石人工湿地中的平均去除率最高为23.56%.采用XRD和XRF对反应前后的锰矿石进行物相和元素相对含量分析,得出锰（Mn）是参与降解双氯芬酸的关键响应元素.GS-15细菌利用锰矿石发生异化还原对双氯芬酸的氧化降解是锰矿石人工湿地对双氯芬酸的主要去除途径.此外,利用液质联用技术（LC-MS/MS）对降解产物进行鉴定,发现双氯芬酸被降解生成了5-羟基双氯芬酸、双氯芬酸-2,5-亚氨基琨和1,3-二氯苯三种降解产物,该研究成果对有机药物废水的深度处理提供新的方法和理论指导.     

铁碳微电解及沸石组合人工湿地的废水处理效果

铁碳微电解填料和沸石由于对废水中污染物具有良好的处理效果,因而被作为基质逐渐运用于人工湿地中.本研究构建了铁碳微电解填料+砾石（湿地A）、铁碳微电解填料+沸石（湿地B）、沸石（湿地C）以及砾石（湿地D）为基质的4组人工湿地,并利用间歇曝气对湿地系统进行增氧,探究不同填料对人工湿地废水处理效果的影响.结果表明,与湿地D相比,铁碳微电解填料显著提高了湿地出水的溶解氧含量（DO）（P<0.05）和pH（P<0.05）;4组人工湿地对有机物的去除率均达到95%以上,且各组间不存在显著性差异（P>0.05）;对TN而言,湿地A、B和C的平均去除率分别比湿地D提高了7.94%（P<0.05）、9.29%（P<0.05）和3.63%（P<0.05）,铁碳微电解填料和沸石对提升人工湿地TN去除效果的贡献率分别为73.55%和26.45%;各组湿地对NH₄⁺的平均去除率为67.93%~76.90%,与湿地D相比,其它3组湿地均明显改善了NH₄⁺的去除效果（P<0.05）;铁碳微电解填料对湿地NO₃^-的去除效果极佳,去除率高达99%以上,显著高于不添加铁碳微电解的人工湿地系统（P<0.05）.综合对碳氮污染物的处理效果来看,湿地B在间歇曝气的条件下对人工湿地中污染物去除效率最高.     

锰砂人工湿地对污染物的强化去除

锰砂由于其具有强氧化和吸附作用已被广泛应用于净水领域中,而在人工湿地中以锰砂为填料的相关研究较少.根据前期研究推测,在人工湿地的基质中加入锰砂,其能通过氧化吸附强化去除水中的污染物,而还原生成的Mn （Ⅱ）又能被土壤及根系锰氧化微生物氧化为Mn （Ⅲ/Ⅳ）,进而防止Mn （Ⅱ）在水中的释放.为验证该推测,本研究探讨了加入锰砂的芦苇人工湿地对污染物的强化去除能力及微生物学机制.通过比较加入和未加入锰砂（对照组）的人工湿地的运行效果,发现锰砂人工湿地对溶解性有机碳（DOC）、TN和冬季时期NH₄⁺-N的去除具有显著的提升作用.16S rRNA测序结果表明,锰砂基质能显著提升冬季芦苇根系微生物的丰富度和多样性,但对人工湿地整体的群落结构影响较小,这可能与锰砂湿地强化污染物去除能力有关.本研究为人工湿地工艺优化提供了一种新思路.     

人工湿地深度处理工艺及在污水处理厂中的应用

我国大部分污水处理厂都是采用二级处理工艺,处理后的污水只能达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准.随着对污水处理厂的提标建设要求,需要增加深度处理工艺.介绍了人工湿地工艺的内容及特点,人工湿地作为深度处理工艺的优势,以及人工湿地深度处理工艺在污水处理厂中的应用.     

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）.      

嘉陵江滨岸带不同土地利用类型土壤真菌群落结构与功能多样性

通过明确嘉陵江滨岸带不同土地利用类型土壤真菌群落多样性的差异,为嘉陵江生态环境保护修复提供理论依据.选择嘉陵江中下游滨岸带的人工湿地、天然湿地、林地和农田这4种典型土地利用类型作为研究样地,利用高通量测序技术对土壤真菌群落进行测序,分析不同土地利用类型对土壤真菌群落多样性、结构和功能的影响.结果表明,林地与天然湿地土壤真菌的Chao1指数显著高于其他两种土地利用类型（P<0.05）,林地土壤真菌的Shannon指数显著高于农田和人工湿地两种土地利用类型（P<0.05）;嘉陵江流域滨岸带土壤真菌被划分为15个菌门,在门分类水平上的优势真菌群落（相对丰度>0.01）分别为：子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、油壶菌门（Olpidiomycota）、罗兹菌门（Rozellomycota）、被孢霉门（Mortierellomycota）和壶菌门（Chytridiomycota）;相比之下,罗兹菌门偏好选择林地生境,而油壶菌门和被孢霉门偏好选择农田,担子菌门在人工湿地具有显著优势;天然湿地中的优势功能类群为植物病原菌,人工湿地中的优势功能类群为粪腐菌,农田中优势功能类群为动物病原菌-真菌寄生菌;冗余分析表明,土壤含水率（MC）、全氮（TN）、有机碳（TOC）和碱解氮（AN）是影响真菌群落变化的主要环境因子.由此可见,林地是嘉陵江流域真菌多样性最高和功能类群最均衡的土地利用类型,其次为天然湿地,人为干扰导致嘉陵江滨岸带土壤真菌群落多样性水平降低.     

不同结构好氧/厌氧潜流人工湿地微生物群落代谢特性

4种不同结构的好氧/厌氧多级串联潜流人工湿地对COD和氮的去除效果不同.为了探究基质微生物群落代谢特征及其与水质净化效果的关系,对利用Biolog微平板得到的AWCD值(平均每孔光密度值)进行碳源分类、主成分分析以及聚类分析.结果表明,微生物对于糖类及其衍生物和氨基酸及其衍生物的利用水平明显高于对脂肪酸及脂类和代谢中间产物及次生代谢物的利用水平;OBAAO(好氧-缓冲-厌氧-缺氧-好氧)曝气组中采样点3.3(厌氧采样点)微生物对4类碳源的利用水平都最低,与其他各采样点具有显著性差异(p<0.05),96hAWCD值主成分分析和聚类分析的结果表明,OBAAO曝气组采样点3.3中的微生物群落和其他3个进行厌氧反应的采样点中的微生物群落发生了较大的差异,OBAAO曝气组延长厌氧段长度为微生物提供厌氧环境,而由于缺少碳源作为能量,使得微生物的活性受到抑制;OBAAO曝气多点进水组中的采样点4.3(厌氧采样点)微生物在4类碳源的利用水平上都具有一定的优势性,OBAAO曝气多点进水组补充进水和延长厌氧段长度两个措施有效地促进了微生物的反硝化作用的强度,提高了水平潜流人工湿地的氮去除率.     

石灰石和黄铁矿-石灰石人工湿地净化河水的研究

利用石灰石和黄铁矿-石灰石水平潜流人工湿地处理受到污染的河水,了解它们对河水中污染物,尤其是对氮和磷的去除效果,并分析这些矿物的作用,考察了水力停留时间变化对2种人工湿地污染物净化效果的影响.结果表明,污染物去除效果的最佳停留时间出现在3 d左右,COD、TN和TP的平均去除率分别达到51%、70%和95%.在相同进水水质和水力负荷运行条件下,石灰石和黄铁矿-石灰石这2种人工湿地对COD的平均去除率分别为53.93%和51.66%,对NH4+-N的平均去除率分别为82.13%和77.43%,对TN的平均去除率分别为66%和72.06%,对TP的平均去除率分别为50.9%和97.35%.2种人工湿地对COD的去除效果差距不大,黄铁矿-石灰石人工湿地的脱氮除磷效果优于石灰石湿地,对磷有较好的去除效果,不受温度影响且净化效果稳定,适宜长期稳定运行.     

铁炭内电解垂直流人工湿地对污水厂尾水深度脱氮效果

针对污水厂尾水总氮(TN)含量偏高、微生物可利用碳源低的问题,构建铁炭内电解垂直流人工湿地(ICIE-VFCW)装置,研究了ICIE-VFCW对尾水的处理效果,并采用紫外-可见光光谱(UV-VIS)、凝胶过滤色谱(GFC),进一步探讨了ICIEVFCW强化脱氮机制.结果表明,ICIE-VFCW可提高系统对尾水中COD的去除,出水COD可稳定在30 mg·L~(-1)以下,全年、暖季、寒季COD平均去除率较普通垂直流人工湿地分别可提高10.16%、9.81%、11.22%.系统出水TN可维持在10 mg·L~(-1)以下,全年、暖季、寒季TN平均去除率较普通垂直流人工湿地分别提高13.72%、12.90%、16.17%.经过人工湿地处理后,污水中有机物的腐殖度、芳香度及相对分子质量(Mr)均有所下降,且ICIE-VFCW中Mr下降更为明显.湿地基质掺杂铁炭可促进尾水中大分子有机物转化为小分子,为微生物提供更多可利用碳源,从而提高脱氮效率.     

多介质土壤滤层系统(MSL)与潜流式人工湿地技术处理海水养殖废水的效能比较

为探索经济可行的海水养殖废水处理技术,选取南美白对虾海水养殖废水,对比研究了多介质土壤滤层(multi-soillayer,MSL)系统和4种不同植物配置潜流式人工湿地(大米草型、芦苇型、香蒲型和无植物型)在400 L·(m2·d)-1水力负荷下的废水处理效果.结果表明,MSL对化学需氧量(COD)、总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)的平均去除率分别为80.38%±2.14%、68.14%±3.51%、40.79%±3.10%、42.68%±2.90%和54.19%±5.15%,均高于其他4种不同植物配置的潜流式人工湿地的处理效果.4种人工湿地系统对各污染物的去除率从高到低依次为:大米草型>芦苇型>香蒲型>无植物型.     

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.     

四种不同植物湿地对不同C/N比生活污水的净化效果与季节动态

进水浓度、C/N比、植物种类是影响垂直流型人工湿地对生活污水净化效果的重要因素.本文主要研究了菖蒲(Acorus calamus)、香蒲(Typha orientalis)、千屈菜(Lythrum salicaria)和水葱(Scirpus Validus)等4种植物湿地在不同碳添加及C/N比处理条件下对模拟生活污水的净化效果和季节动态.结果表明,4种湿地植物在不同C/N比(2.5∶1、5∶1和10∶1)进水条件下均能正常生长.在一个生长季内4种湿地植物对主要污染物的平均去除效率为:COD 63.41%~78.02%,TN 33.19%~52.86%,TP 52.64%~73.16%.当C/N为5∶1时,香蒲湿地的COD和TP去除效果最佳,而当C/N为2.5∶1时,菖蒲湿地的TN去除率最高.夏末秋初(7—9月)人工湿地的净化效果较好,而冬季(11月—翌年1月)去除效果明显下降.总体而言,合理地调控进水浓度、C/N比,选择最佳的湿地植物,可显著提高垂直流型人工湿地对生活污水的净化效果.     

人工湿地处理含盐生活污水的特性研究

将人工湿地应用于含盐生活污水处理,在0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%等不同进水NaCl盐度水平下,研究了进水盐度对人工湿地运行效果及基质微生物数量和酶活性的影响,结果表明,当进水盐度在1.5%及以下时,人工湿地运行受盐度的影响较小,对COD的去除率保持在68.3%以上,对NH4+-N的去除率保持在66.1%以上.当进水盐度达到2.0%,人工湿地基质中细菌、真菌、放线菌和硝化细菌的数量明显减少,基质脲酶、纤维素酶活性也相应下降,导致人工湿地对污染物的去除率也随之下降,其中COD去除率降低至52.9%,NH4+-N去除率降低至50.3%.实验进一步研究了在1.5%进水盐度下人工湿地的水力条件对净化效果的影响.结果表明,相对于有机物,氮的去除受HRT的影响更大,当人工湿地的HRT由3～5 d降低至2 d时,NH4+-N的去除率从65.1%～78.2%降至47.1%.     

Nitrogen and phosphorus removal in an airlift intermittent circulation membrane bioreactor

A new airlift intermittent circulation integrated bioreactor was developed for simultaneous nitrogen and phosphorus removal of wastewater, in which, circulation of mixed liquid between mixing zone and aeration zone was realized by aeration power, alternately anaerobic/anoxic bio-environment in mixing zone was realized by intermittent circulation and simultaneous nitrogen and phosphorus removal was obtained through strengthened denitrifying phosphorus removal process. Removal performance of the reactor was investigated and pollutant removal and transfer mechanism in one operation circle was analyzed. The experiment results indicated that under the influent condition of chemical oxygen demand (COD) concentration of 642.1 mg/L, total nitrogen (TN) of 87.4 mg/L and PO₄^3?-P of 12.1 mg/L, average removal efficiencies of COD, TN and PO₄^3?-P reached 96.4%, 83.2% and 90.5%, respectively, with the hydraulic residence time of 22 hr and operation circle time of 185 min. Track studies indicated that the separation of aeration and mixing zones and intermittent circulation of mixed liquid between the two zones provided distinct biological environments spatially and temporally, which ensured the occurrence of multifunctional microbial reactions.     

微气泡臭氧催化氧化-生化耦合工艺深度处理煤化工废水

采用微气泡臭氧催化氧化-生化耦合工艺对煤化工废水生化出水进行深度处理,考察耦合系统处理性能及不同臭氧投加量和进水COD量比值的影响.结果表明,微气泡臭氧催化氧化处理能够有效降解废水中难降解含氮芳香族污染物,去除部分COD并释放氨氮,显著提高废水可生化性,臭氧利用率接近100%,无需进行臭氧尾气处理;同时为生化处理提供充足溶解氧(DO),实现生化处理对COD和氨氮的进一步有效去除,生化处理无需曝气.在系统出水回流比为30%、臭氧投加量和进水COD量之比为0.44 mg·mg~(-1)的运行条件下,耦合系统处理性能较好.微气泡臭氧催化氧化处理对COD去除率为42.5%,臭氧消耗量与COD去除量比值为1.38 mg·mg~(-1),臭氧利用率为98.0%;生化处理对COD去除率为42.3%;耦合系统整体COD去除率为66.7%,最终平均出水COD浓度为91.5 mg·L~(-1),估算整体臭氧消耗量与COD去除量比值为0.68 mg·mg~(-1),具有较优的技术经济性能.     

Nitrogen and phosphorus removal in an airlift intermittent circulation membrane bioreactor

A new airlift intermittent circulation integrated bioreactor was developed for simultaneous nitrogen and phosphorus removal of wastewater, in which, circulation of mixed liquid between mixing zone and aeration zone was realized by aeration power, alternately anaerobic/anoxic bio-environment in mixing zone was realized by intermittent circulation and simultaneous nitrogen and phosphorus removal was obtained through strengthened denitrifying phosphorus removal process. Removal performance of the reactor was investigated and pollutant removal and transfer mechanism in one operation circle was analyzed. The experiment results indicated that under the influent condition of chemical oxygen demand (COD) concentration of 642.1 mg/L, total nitrogen (TN) of 87.4 mg/L and PO₄^3--P of 12.1 mg/L, average removal efficiencies of COD, TN and PO₄^3--P reached 96.4%, 83.2% and 90.5%, respectively, with the hydraulic residence time of 22 hr and operation circle time of 185 min. Track studies indicated that the separation of aeration and mixing zones and intermittent circulation of mixed liquid between the two zones provided distinct biological environments spatially and temporally, which ensured the occurrence of multifunctional microbial reactions.