人工湿地脱氮途径及其影响因素分析

简述了人工湿地脱氮模型。各种形态的氮在人工湿地系统中可以通过氨的挥发、植物吸收、介质沉淀吸附以及微生物硝化/反硝化作用等过程被去除。讨论了各脱氮途径对人工湿地脱氮的贡献,在大多数人工湿地的pH条件下,湿地地面氨挥发可以忽略,湿地植物叶片氨挥发量尚不清楚。湿地介质的直接吸附是短期的。植物在湿地脱氮过程中起了重要作用,但一般认为植物直接吸收和存储只占湿地脱氮的一小部分,一般低于30%。微生物的硝化/反硝化作用,是人工湿地脱氮的最主要的形式。讨论了影响人工湿地硝化作用的主要因素:溶解氧,pH和温度。大多数人工湿地的pH适合硝化作用,溶解氧和温度对湿地硝化作用的影响最大。温度不仅影响微生物的硝化作用,而且可以间接地影响植物的生长从而影响人工湿地的脱氮性能。     

芦苇人工湿地对农村生活污水磷素的去除及途径

构建了芦苇(Phragmites australis)水平潜流人工湿地处理农村生活污水中的磷素,考察了湿地除磷效果以及地上植物吸磷量。结果表明,人工湿地对磷素的去除随水力停留时间的延长而增加,停留时间大于5.3 d时,芦苇湿地除磷效率可以高于88%。湿地进水TP负荷与磷去除速率之间有较好的线性关系(R2>0.91)。湿地植物在11月份收割时,地上生物量为1.65 kg.m-2,芦苇地上部分吸收磷量为3.68 g.m-2.a-1。分析了湿地除磷途径,在试验条件下,湿地填料的吸附和沉淀等作用是水平潜流人工湿地除磷的主要途径,植物吸收仅占湿地总磷去除量的9.1%,但是湿地水生植物是人工湿地重要组成部分,可以通过影响湿地的其他条件间接影响湿地除磷效果。试验证明,人工湿地是适用于农村地区的优良的污水处理技术。     

人工湿地的磷去除机理

人类生产和生活所产生的磷负荷导致了全中国范围湖泊的富营养化,控制此磷负荷的廉价而有效的具有非常广阔的应用前景技术是人工湿地技术。人工湿地中的磷的存在形态主要有有机磷(生物态和非生物态的)、磷酸、可溶性磷酸盐和不溶性磷酸盐。文章总结了人工湿地中的磷去除机理,在防渗人工湿地系统中,主要的磷去除机理包括化学作用(如沉淀作用和吸附作用);生物作用(如植物吸收作用和微生物吸收与积累作用)和物理作用(如沉积作用)。在未防渗的人工湿地系统中,湿地系统和周围水体(如地下水)的交换量对湿地的磷去除有重要的影响。通常情况下,物理作用和化学作用是人工湿地中最主要的磷去除途径。人工湿地中微生物对磷的去除作用的大小和其所处环境中的氧状态密切相关,植物吸收对磷的去除作用的大小和收割频率与时期、进水负荷、植物物种和气候条件等有关。     

潮汐流与曝气人工湿地对低污染水中氮去除的研究进展

低污染水具有来源广、水量大、水质波动性强、污染物浓度较低等特点。人工湿地是净化低污染水的有效方法。该文阐述了潮汐流和曝气人工湿地对低污染水脱氮的不同增氧机制,并分析它们对低污染水的脱氮效果和影响因素。结果表明:在潮汐流湿地中,适当的闲置和淹没反应时间可创造良好的好氧-厌氧条件,有利于TN去除;当运行周期不大于24 h,淹没排空时间比为0.25～4和0.5～7时,湿地对低污染水中NH_3-N和TN的去除效果最好。合理曝气可使人工湿地在低温(-5～10℃)保持较高去除率;曝气人工湿地净化低污染水的最佳气水比为6∶1,最佳曝气位置是湿地底部。此外,对比2种人工湿地脱氮效果可知,曝气人工湿地的NH_3-N和TN净化效果优于潮汐流人工湿地,对COD的净化效果弱于潮汐流人工湿地。2种人工湿地虽以不同增氧机制提高了脱氮效率,但潮汐流湿地仍存在低温期脱氮效果差和易堵塞的问题,而曝气湿地则存在耗能高且易产生有害物质的问题。     

贵州草海人工湿地系统硝化-反硝化作用研究

人工湿地作为新兴的污水生态处理技术在村镇污水处理中得到广泛使用,系统中氮去除的最主要途径是微生物的硝化-反硝化作用。研究湿地污水处理系统微生物硝化-反硝化作用,对湿地污水处理工艺的优化及运行管理具有重要意义。2013年分春、夏、秋、冬四季对贵州草海污水湿地处理工程进行采样,研究了长期运行的湿地污水处理系统中氮循环菌数量、硝化-反硝化作用时空分布特征和系统内氮的空间分布规律。结果表明,草海污水人工湿地处理系统对TP和COD的处理效果较好,去除率分别达到57.8%和80.8%,但对TN和NH_4~+-N的去除率仅为43.3%和38.6%;硝化-反硝化作用在草海人工湿地系统中同时发生,硝化作用强度为0.9 mg·kg~(-1)·h~(-1),反硝化强度为30.5 mg·kg~(-1)·h~(-1),反硝化强度是硝化强度的30倍;硝化-反硝化作用在季节上均表现为夏季最高、春季最低,水平空间上呈逐级降低趋势;硝化-反硝化作用强度与总氮去除率呈现显著负相关(P0.05);4类脱氮细菌中,氨化细菌数量最大,高达10~9 MPN·g~(-1),反硝化菌次之,亚硝化菌最低,仅10~2 MPN·g~(-1);脱氮细菌数量与总氮去除率相关性不显著,脱氮过程可能受亚硝化菌的限制。总之,由于长期运行的人工湿地系统缺乏氧气,导致反硝化作用远大于硝化作用,硝化-反硝化作用的失衡最终影响湿地脱氮效率。因此,针对长期运行的人工湿地系统可以通过强化供氧促进硝化作用从而提高湿地脱氮效果。     

三级串联湿地对氮磷的净化效果

采用三级串连湿地,对抚仙湖湖滨带的农业面源污染及部分县城生活污水进行了处理,以防止湖泊的富营养化.对湿地各串连单元(即沉淀池、表流湿地单元和潜流湿地单元)的总氮和总磷浓度进行了试验分析,来监测湿地对污染物的净化效果.研究结果表明,除了表流湿地单元的平均脱氮率接近40%之外,其他的净化单元去除营养盐的效率都只有10%～20%左右.相对而言,沉淀池的TP去除率较好,而表流湿地单元的TN去除率最高.湿地在运行两年之后,其脱氮除磷的效果不是太佳.因此,在利用湿地进行污水处理的同时,要对其进行妥善管理,如植物的收割、基质土壤的翻新等,使其保持持续脱氮除磷能力.     

植物生理生态特性对人工湿地脱氮效果的影响

人工湿地污水处理系统中,植物对脱氮效果起着非常重要的作用.为了明确人工湿地植物生理生态特性对脱氮效果的影响,藉此优选高效耐寒的湿地植物,进而提出可行的强化脱氮措施,在大量试验的基础上,详细测定了芦苇、美人蕉等典型湿地植物在不同生长条件下对湿地脱氮效果、溶解氧分布状态的影响,以及植物光合、蒸腾特性对湿地脱氮效果的影响.结果表明:在本试验范围内,芦苇、美人蕉湿地脱氮效果最佳;茶花湿地低温条件下运行稳定.植物净光合速率与溶解氧分布、总氮和氨氮去除率显著正相关,而植物蒸腾速率与湿地氨氮去除率显著相关.适当增加植物种植密度有利于提高人工湿地脱氮效果,但种植过密对提高溶解氧水平和总氮去除率反而不利.植物生长周期对湿地脱氮影响显著,植物收割方式对脱氮效果影响较大,清除植物地上茎叶既不破坏植物根区微环境,可有效防止茎叶腐烂向系统重新释氮.此外,由于湿地前端溶解氧水平急剧下降,故建议适当增加前端植物种植密度.     

几种植物在生长过程中对人工湿地污水处理效果的影响

不同的植物及植物的不同生长阶段对人工湿地系统污水处理效果都有影响。对几种华南地区常见的湿地植物在其不同生长阶段处理污水的效果进行了研究,采用了不种植物的沙滤系统作对照。结果表明:(1)植物生长过程中,植物高度能反映污水处理效果总体上的变化;(2)在植物的生长过程中,各人工湿地系统污水处理能力总体上持续增强,各水质指标pH、DO、TN、NH3-N、NO3-N、TP和CODCr等均呈下降趋势,其中TP和CODCr呈逐步下降,pH、DO、TN、NH3-N、NO3-N则呈现锯齿形波动,但总体上仍是下降过程;(3)植物系统氮处理能力好于无植物沙滤系统,而对磷TP和CODCr的去除则恰好相反;(4)不同植物对人工湿地污水的处理效果影响不明显。研究结果对探讨人工湿地污水处理规律和植物在人工湿地中的作用提供了新的科学依据,并为指导人工湿地工程的运行提供了参考。     

菌剂强化潜流湿地总氮总磷去除及功能菌特性

从活性污泥中筛选的1株具有高效反硝化能力的聚磷菌B8应用于水平潜流人工湿地中进行强化去除总氮和总磷试验,同时分析并对比了菌剂强化潜流湿地系统和未投菌潜流湿地系统的功能菌数量变化规律.采用常绿植物构建2套相同的水平潜流湿地尾水处理模拟生态系统.结果表明,连续投加14 d B8菌液于水平潜流湿地后,在停止投菌后运行89 d内,投菌湿地系统平均脱氮率为70.1%,未投菌湿地系统平均脱氮率为50.2%;在停止投菌后运行19 d内,投菌湿地系统平均除磷率为63.1%,未投菌湿地系统平均除磷率为45.9%.经过4个月的跟踪运行,基于高通量454测序对湿地微生物群落结构及相关生物学信息对比分析,表明投加外菌源B8会引起潜流湿地内部微生物物种数量减少、微生物均匀度下降和湿地基质微生物群落多样性下降.通过湿地进水总氮浓度对投菌湿地系统和未投菌湿地系统脱氮率影响线性拟合分析表明,投菌湿地在不同氮负荷条件下脱氮效果显著优于未投菌湿地,证实投加B8菌可以有效强化水平潜流湿地的脱氮能力.     

生物法脱氮除磷技术及其研究进展

污水脱氮除磷技术在近些年来一直是水处理领域所关注的热点和难点，文章对污水生物法脱氮除磷机理做了简要分析，介绍了几种高效、经济、实用的生物脱氮除磷工艺，并评述了近年来脱氮除磷技术的研究进展。     

表面流人工湿地处理生活污水的研究

通过小试装置研究了表面流人工湿地对人工模拟生活污水的处理效果及相关运行参数。实验结果表明，表面流人工湿地系统对污水中的CODcr、TN、TP均有较好的综合净化能力，对各种污染物指标的去除率可分别达到CODcr 75％、TN75％、TP73％，其中CODcr和TN达到一级排放标准分别需3d和4d的表观停留时间，TP要达到二级排放标准则需6d的表观停留时间。而且，湿地植物对TN和TP的去除有比较明显的促进作用。     

梯级河滩湿地模型对受污染河水氮磷和CODCr的净化效果

在贾鲁河畔构建3组并联的梯级河滩湿地模型,引种9种不同类型的湿地植物进行筛选试验,将湿地模型串联运行比较研究3种不同植物配置的梯级湿地对受污染河水的净化效果,在此基础上设定12h和24h等两组不同水力滞留时间,研究延长滞留时间对水质净化效果的影响。试验结果表明：对氮磷和有机物的去除效果挺水植物明显好于沉水植物,其中茭草（Zizania caduciflora）、荆三棱（Scirpus fluviatilis）和狭叶香蒲（Typha angustifolia）去除效果最好;沉水植物和挺水植物对氨氮的去除表现好于浮叶植物;延长水力滞留时间对改善水质净化效果明显,滞留时间由12h延长到24h后,TN、TP、氨氮和CODCr去除率分别提高10.2%、21.7%、30.2%和12.9%,对氨氮的净化效果改善最为明显;挺水植物＋沉水植物＋浮叶植物组合较单纯挺水植物组合在对氨氮和TN去除效果方面表现出较明显的优势,主要是由于不同类型湿地植物所营造的好氧、厌氧环境提高了对氨氮和TN去除效果。研究结果证明在湿地植被组建中,根据进水水质,应灵活选择植物种类,进行合理的植物配置,可提高湿地的净化效果。     

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.     

人工湿地生态系统提高氮磷去除率的研究进展

介绍了人工湿地及其去除污水中氮磷的机理，并从湿地植物、基质和微生物三个方面系统地阐述了目前人工湿地系统提高氮磷去除率的研究进展情况；提出了可以通过改良湿地系统设计提高氮磷净化效果、利用培养优化菌种与调节环境条件促进湿地系统氮磷的转化及通过在基质中添加合适的附料、提高人工湿地系统植物多样性从而增加氮磷的吸附吸收的建议，为人工湿地污水净化技术的应用研究提供了有益的参考。     

几种植物对潜流型湖滨湿地中氮磷的处理效果比较

湖滨带是连接湖泊水域生态系统与陆地生态系统的一个功能过渡区,是湖泊的最后一道保护屏障。在河流的入湖口建造湖滨湿地,可有效净化入湖水中携带的部分有机污染物、营养盐等。湿地净化污染物的机理极为复杂,其中植被起着重要的作用。选择适当的植物是构建湿地系统的关键。以云南省抚仙湖北岸的湖滨湿地——马料河潜流型湿地为研究对象,探讨了美人蕉(Cannaindica),菖蒲(AcoruscalamusLinn),伞竹(Cyperusalternifolius),香蒲(Typhaelatifolia)四种不同植被系统的潜流型湖滨湿地去除污水中营养盐的效果,为抚仙湖湖滨带人工湿地的合理优化选择植物提供一定的依据。结果表明,四种植被系统的潜流湿地对总氮和总磷均有一定的去除效果。但是由于湿地长期运行而疏于管理,植物没有定期收割翻新,四种植物的氮磷去除率差别不太大,去除效果均不太佳。其中,美人蕉对总氮和总磷的去除效果较好,其去除率分别是30.4%,19.13%,其次为香蒲和伞竹,效果较差的是菖蒲。并且实验表明,暴雨对四种植物湿地氮的去除效果有很大的影响。连续几天的暴雨情况下,四种植物系统氮的去除率都很低。     

草浆废水灌溉对海涂湿地土壤及芦苇生长的影响

通过现场调查、盆栽试验和采样分析的方法，研究了用草浆废水灌溉海涂芦苇湿地对土壤理化性质、微生物数量和芦苇生长的影响。结果表明，灌溉后土壤中的有机质、N和P含量有所增加，土壤盐份含量明显下降，同时土壤中的细菌、放线菌和霉菌的均大幅度增加。一定质量浓度的造纸废水灌溉对湿地芦苇的生长有促进用、对土壤的性质有改良作用，但废水质量浓度过高则对土壤的理化性有不利影响。本文推荐造纸废水灌溉海涂芦苇湿地的适宜质量浓度为1000mg／L以下。     

湖滨带复合型人工湿地氮磷的去除效果

湖滨带是连接湖泊水域生态系统与陆地生态系统的一个功能过渡区,是湖泊的最后一道保护屏障。在河流的入湖口建造湖滨湿地,可有效净化入湖径流中携带的部分有机污染物、营养盐等。以云南抚仙湖北岸的湖滨湿地—马料河复合人工湿地为研究对象,探讨了湿地不同功能区去除氮磷的效果。研究表明,沉淀池除氮效果最不明显,在该区内有机氮可能发生矿化作用而转变为氨氮。有植物系统的潜流和表流区除氮效果较为明显,潜流区对氨氮、硝氮和总氮的平均去除率分别达18.0%、19.7%和22.6%;表流区对三者的平均去除率分别达50.4%、35.9%和43.5%。沉淀池对磷有一定的截留作用,且在进水污染物质量浓度较高时表现明显,平均截留率为14.9%。潜流和表流区除磷效果不明显,可能是因为湿地运行了两年多,土壤吸附交换达到平衡,影响了表流区的除磷效果。潜流区除磷效果受降雨影响较大,雨季时,总磷的平均截留率为12.1%,主要是不溶性磷的吸附和沉积;雨季末期,湿地流量较小,水体流动性差,系统内处于厌氧状态,出现磷释放现象。     

Enhanced nitrogen removal and microbial analysis in partially saturated constructed wetland for treating anaerobically digested swine wastewater

Anaerobically digested swine wastewater was treated by a novel constructed wetland. Tidal operation was better for total nitrogen removal than intermittent flow. Mechanism of nitrogen removal by biozeolite-based constructed wetland was discussed. Simultaneous nitrification and denitrification were determined in zeolite layer. Nitrogen removal of wastewater containing high-strength ammonium by the constructed wetlands (CWs) has been paid much attention. In this study, the ability of a partially saturated CW to treat anaerobically-digested decentralized swine wastewater under varying operating parameters from summer to winter was investigated. The partially saturated CW achieved better NH₄⁺-N and TN removal by tidal flow than intermittent flow. With surface loading rates of 0.108, 0.027, and 0.029 kg/(m²·d) for COD, NH₄⁺-N, and TN, the partially saturated CW by tidal operation achieved corresponding removal efficiencies of 85.94%, 61.20%, and 57.41%, respectively, even at 10°C. When the rapid-adsorption of NH₄⁺-N and the bioregeneration of zeolites reached dynamically stable, the simultaneous nitrification and denitrification in the aerobic zeolite layer was observed and accounted for 58.82% of the total denitrification of CW. The results of Illumina high-throughput sequencing also indicated that nitrifiers (Nitrospira and Rhizomicrobium) and denitrifiers (Rhodanobacter and Thauera) simultaneously existed in the zeolite layer. The dominant existence of versatile organic degraders and nitrifiers/denitrifiers in the zeolite layer was related to the removal of most COD and nitrogen in this zone. The contribution of the possible nitrogen removal pathways in the CW was as follows: nitrification-denitrification (86.55%)>substrate adsorption (11.70%)>plant uptake (1.15%)>microbial assimilation (0.60%).