水生植物修复氮、磷污染水体研究进展

氮、磷是引起水体富营养化、导致水质恶化的重要因素,因此去除氮、磷一直是污水处理的重要任务.鉴于传统物理、化学方法存在的操作难、成本高、易产生二次污染等问题,人们越来越多地将目光转向利用水生植物去除氮、磷营养物质、净化水质上.介绍了近年来国内外应用水生植物修复氮、磷污染水体的方法、效果及其影响因素,探讨了水生植物净化污染水体的机制.针对目前研究中的不足,提出今后应在不同植物种类开发、植物组合优化以及植物的净化机制等方面加强研究.     

大型水生植物在水污染治理中的应用研究进展

大型水生植物在水污染治理中可以发挥多种作用。通过自身的生长代谢可以大量吸收氮、磷等水体中的营养物质 ,而其中一些种类还可以富集不同类型的重金属或吸收降解某些有机污染物 ;通过促进微生物的生长代谢 ,可以使水中大部分可生物降解有机物 (BOD)降解 ;通过抑制低等藻类的生长 ,控制富营养化的表现形式等。根据不同的生活型特点 ,利用大型水生植物进行污水处理和水体修复的方式也多种多样 ,主要包括 :以漂浮植物为主的塘系统和以挺水植物为主的人工湿地系统等。本文从生态功能发挥的角度探讨了植物对污染物降解的机理 ,并对以大型水生植物为核心的各种污水处理系统的研究进展与现状进行了综述 ,指出了利用大型水生植物进行水污染治理的研究与应用中存在的问题和发展方向     

5种水生植物的脱氮除磷效果及其对水体胞外酶活的影响

利用静态小区实验研究了菱角（Trapa quadrispinosa Roxb.）、凤眼莲（Eichhornia crassipes.）、水鳖（Hydrocharis dubia（Bl.）Backer）、空心菜（Ipomoea aquatica Forsk）和青萍（Lemna minor L.）5种不同植物对富营养水体的净化效果及对水体胞外酶活性的影响。研究结果表明,5种植物对水体总氮（TN）的去除率依次为凤眼莲（81.6%） > 空心菜（72.2%） > 水鳖（68.4%） > 菱角（65.8%） > 青萍（60.2%）,对总磷（TP）的去除率为凤眼莲（95.0%） > 空心菜（89.7%） > 水鳖（78.4%） > 菱角（77.3%） > 青萍（70.5%）;5种植物的种植均能大幅提高水体胞外酶活性,其中凤眼莲处理的效果最好,其脲酶活性（UA）峰值和极差值分别为19.70和10.33 μg·mL-1,碱性磷酸酶活性（APA）峰值和极差值分别为8.12和5.95 μg·mL-1,空心菜处理次之;各处理水体脲酶活性和碱性磷酸酶活性分别与水体氨态氮（NH4+-N）和溶解性活性磷（SRP）浓度均存在显著的负相关关系,其相关系数r分别在-0.853~-0.992和-0.813~-0.994之间。综合可知,凤眼莲和空心菜较菱角、水鳖和青萍修复能力更强,可更好的修复富营养水体。     

不同氮磷比对多年生水生植物生长特性影响的研究

从氮、磷等植物生长的环境因子出发,研究了高低氮磷营养水平下,不同氮／磷比例的富营养化水体对聚草（Myriophyllum spicatum）、黄花水龙（Jussiaea stipulacea Ohwi）、喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）生长特性的影响。结果表明,聚草在氮磷比2：1时生物量最大,且生物量在高浓度水平处理明显大于低浓度水平处理（P〈0．01）;黄花水龙在氮磷比10：1～20：1时生物量最大,高低浓度水平处理问生物量无显著性差异;喜旱莲子草在较高氮磷比20：l～40：1时生物量最大,高浓度水平处理时生物量显著性高于低浓度水平处理（P〈0．05）。在低浓度水平处理时,氮为黄花水龙和喜旱莲子草生长的主要限制因子,磷为聚草生长的主要限制因子,且喜早莲子草叶绿素增长期较其他处理提前,而黄花水龙的叶绿素变化在高低营养水平下差异不显著。营养盐水平对聚草茎长和生物量的影响较对黄花水龙和喜旱莲子草的影响明显。     

原位洗脱技术对凉水河底泥中氮、磷释放特征的影响

为探讨新兴底泥原位修复技术—原位洗脱技术对城市河流凉水河底泥中氮、磷释放的抑制作用,于现场采集洗脱前后样品并设计室内静态模拟实验,分析了实验期间洗脱组和对照组上覆水中${{\rm{NH}}_4^ + }$-N、${{\rm{NO}}_3^ - }$-N、TN、${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$-P、TP浓度和释放速率变化特征。结果表明：洗脱组释放第30天时,${{\rm{NH}}_4^ + }$-N由底泥向上覆水中平均释放速率(−6.51±0.32) mg·(m²·d)⁻¹,对应上覆水中${{\rm{NH}}_4^ + }$-N平均浓度为0.52 mg·L⁻¹,较对照组下降了89.4%;${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$-P和TP平均释放速率较对照组降低了78.1%和83.0%,上覆水中TP平均浓度为0.22 mg·L⁻¹,较对照组下降了68.1%。原位洗脱技术对底泥中${{\rm{NH}}_4^ +} $-N、${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$-P释放的抑制作用主要通过对有机氮、磷物质的削减和水-沉积物界面还原环境的改善来实现。     

减少氮、磷损失,控制其对环境污染的途径

本文从改进肥料施用技术、改性现有肥料、阻断农田氮磷损失的物理和化学措施、运用生物学途径以及植物生长调节物质等方面综述了当前提高氮、磷肥料利用效率,减少氮、磷对环境污染的途径.     

减少氮,磷损失,控制其对环境污染的途径

本文从改进肥料施用技术,改性现有肥料,阻断农田氮磷损失的物理和化学措施,运用生物以及植物生长调节物质等方面这了当前提高氮,磷肥料利用效率,减少氮、磷对环境污染的途径。     

水生蔬菜型湿地植物对氮、磷营养盐的吸收动力学

采用改进的常规耗竭法研究了6种蔬菜型湿地植物根系对氮、磷营养盐的吸收特征及差异。这6种植物根系对NH4+-N、NO3--N和H2PO4-的吸收动力学特征均可采用Michaelis-Menten方程描述。结果表明：不同植物对氮、磷的最大吸收速率Imax和最小亲和力Km有显著差异。6种植物对NH4+-N的吸收速率最大,对H2PO4-的亲和力常数较小,所以当水体中氮、磷浓度较低时,优先选择吸收磷,但对铵态氮的吸收速率最快。通过对6种植物根系吸收氮、磷的最大吸收速率Imax和亲和力常数Km的比较可知,空心菜根系拥有最大的Imax和最小Km,说明空心菜能够适应任意浓度的水体净化,芋头Imax较低而Km较大,说明芋头不适宜作为生态修复植物;韭菜适合高氮、磷水平的水体净化,可用作水体修复中的先锋植物,生菜适合低氮、磷水平的水体净化;雪里蕻适宜用于低P、低NH4+-N、高NO3--N水体修复,金花菜则是对高P、高NH4+-N、低NO3--N水平的污染水体处理效果相对较好;但考虑食用安全性问题,重金属含量可能超标,工程应用时需谨慎。     

氧环境改变对陆基循环水养殖鱼粪碳、氮、磷释放特征及细菌群落的影响

为探究氧环境改变对陆基循环水养殖系统（RAS)中鲈鱼粪氮(N)、磷(P)、溶解性有机质(DOM)释放特征及鱼粪细菌群落多样性的影响,采用室内模拟的方法,分析氧环境(好氧、厌氧)改变对鱼粪及其上覆水理化性质及鱼粪细菌群落特征的影响,并揭示其间的相关关系。结果表明,第1~16天,厌氧处理上覆水中NH₄⁺-N、TP、COD和TOC质量浓度明显高于好氧处理,在第16~33 天,NH₄⁺-N质量浓度持续增加、TP质量浓度低于好氧处理组、COD和TOC质量浓度降低但仍高于好氧处理。三维荧光光谱表明,氧环境改变下上覆水DOM主要成分是蛋白质、腐殖质类物质,但厌氧条件下各组分含量均较高。细菌群落分析表明,不同处理鱼粪细菌群落相对丰度存在差异,优势菌门为Proteobacteria、Firmicutes、Actinobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi,相对丰度均大于5%;厌氧处理组优势菌属为Acinetobacter、Clostridium_sensu_stricto_13、Propioniciclava、Ornithinibacter,好氧处理组优势菌属为Acinetobacte、Kurthia、Comamonas、Propioniciclava。细菌群落聚类特征与环境因子相关性表明,随反应时间增加,氧环境改变下细菌群落结构趋于相似;厌氧处理下DOM(C1、C2、C4)、反应时间、COD、TOC、鱼粪TN、鱼粪TP、NO₃⁻-N是影响细菌属的关键环境因子,好氧处理下仅有部分细菌属与反应时间、EC、DOM(C1、C2、C4)、NH₄⁺-N具有显著相关性(P<0.05)。厌氧处理能够显著影响鱼粪及上覆水的理化性质,促进氮、磷及有机质释放,并在一定程度上影响细菌群落结构和多样性,其次是好氧处理。     

夏季富营养化滆湖中沉水植物群落重建及水质净化效果

通过滆湖原位围隔试验分析了不同单种及混种沉水植物群落随环境变化的生长状况及对水质的净化效果.结果表明:(1)夏季,沉水植物生物量的平均值与透明度/水位存在显著线性相关性,进一步表明沉水植物的生长在很大程度上依赖于光强和水深.(2)各植物区(除马来眼子菜区外)的高锰酸盐指数、TN高于空白对照区.(3)对比空白对照区,苦草...     

改进改良式序列间歇反应器脱氮除磷试验研究

针对6池MSBR工艺除磷效果不佳和污泥上浮问题,试验通过对流程的巧妙安排以及浓缩池的设置,较好地解决了脱氮和除磷之间的矛盾.根据污泥龄(SRT)选择实验,确定温度为25 ℃、pH为7～8、 SRT为15 d、厌氧池HRT为60 min、缺/厌氧池HRT为30 min的条件下进行脱氮除磷试验.试验结果表明,改进的MSBR工艺的脱氮和除磷效果都比较好,对COD、氮、TP的去除率分别为94.2%、81.4%、88.5%.     

不同工况条件对Carrousel氧化沟脱氮除磷影响研究

采用Carrousel氧化沟处理实际生活污水,考察了DO、TCOD/TN和污泥回流比对氧化沟单沟内同步脱氮除磷效果的影响。结果表明,在相同HRT、污泥回流比、TCOD/TN比的工况下,氧化沟系统对TN、TP的去除率随着DO浓度的增加而降低;在相同HRT、污泥回流比、DO的工况下,氧化沟系统对TN、TP的去除率随着TCOD/TN比的增加而提高;在相同HRT、DO和TCOD/TN比的工况下,氧化沟系统对TN的去除率随着回流比的增加而提高,而对TP的去除率随着回流比的增加而降低。     

C/N对Carrousel 2000氧化沟同步脱氮除磷的影响研究

就C/N对Carrousel 2000氧化沟同步脱氮除磷的影响进行了研究。结果表明,进水C/N值在5～13之间时,进水C/N不影响氧化沟系统对NH₃-N的去除效果。出水NH₃-N浓度＜1 mg/L,平均去除率达到97.40%。当C/N低于11时,TN、TP的去除率随C/N的升高而快速大幅提高,分别从5时的26.47%和14.99%升至11时的93.48%和97.03%。当C/N＞11时,氧化沟TN去除率达到93.48%,TP去除率接近100%,氧化沟具有了良好的同步脱氮除磷的效果,出水水质满足国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002一级A标准)要求。TP去除率与TN去除率相关系数R₂＝0.985。     

分点进水对倒置A2/O工艺脱氮除磷效果的影响

在传统A2/O工艺基础上,提出了将缺氧池置于厌氧池前面的分点进水倒置A2/O工艺。通过改变α（进入厌氧区的污水分量）与β（进入缺氧区的污水分量）的比例,考察对倒置A2/O工艺脱氮除磷效果的影响。实验结果表明,当α：β为7∶3时,达到最佳的脱氮除磷效率,分别为74.3%和71.2%。     

钙改性玉米芯生物炭对水中氮磷吸附特性

以玉米芯为原材料,在500 ℃条件下高温热解制备生物炭,使用CaCl₂对其进行改性,通过SEM、EDS、BET-N₂、FTIR、XPS等手段对生物炭结构与组成进行了测定。通过吸附实验研究了改性生物炭对水中氮磷的吸附性能和影响因素,分析探讨其吸附机理,为生物炭在水处理中的应用提供参考依据。结果表明：CaCl₂改性使玉米芯生物炭比表面积提高了137.57%,微孔和介孔数增加,并产生Ca²⁺、Cl⁻离子有效附着。氮磷初始溶液质量浓度、固液比、吸附时间均会对生物炭的吸附性能产生影响。CaCl₂改性后的生物炭对氮磷吸附量分别提高了46.6%和78.4%。改性后的生物炭(Ca-BC)对水中氮磷的吸附更符合准二级动力学;Ca-BC对氨氮和磷酸盐的等温吸附更符合Langmuir模型,吸附过程更接近物理吸附为主,化学吸附为辅的单分子层吸附。Ca-BC通过范德华力静电相互作用、离子交换和化学沉淀过程去除水中氮磷。     

后置反硝化的设置对低温下碳源调控-回收磷工艺系统(BBNR-CPR)脱氮除磷的影响

采用连续运行式生物膜脱氮蓄磷-碳源调控回收磷系统(biofilm bio-nutrient removal carbon source regulated phosphorus removal,BBNR-CPR)处理低C/N比(3.4~6.9)模拟生活污水。通过反应器内生物膜来蓄积废水中的磷,同时采用周期性投加高浓度的外加碳源,诱导释放生物膜内蓄积的磷且对其进行回收。在此基础上,通过增设后置缺氧段,同时增加好氧内循环量、提高磷回收阶段补充碳源浓度等方式,强化BBNR-CPR系统的运行,以期实现低温下(<15 ℃)系统的同步脱氮蓄磷/回收磷的目标。结果表明,在低温下引入后置缺氧段,可节省27%的曝气能耗,并能维持该系统脱氮除磷性能的稳定性。在进水${{\rm{NH}}_4^ +} $-N、TP浓度分别为50 mg·L−1、15 mg·L−1的条件下,该系统对${{\rm{NH}}_4^ +} $-N、TN和TP的平均去除率分别达到了89.12%、82.14%和89.24%。在单个生物蓄磷-磷回收周期(7 d)内,随着系统运行时间的延长(第3~6天),生物膜内反硝化聚磷菌体内的PHA的不断消耗,系统的缺氧吸磷速率仍可维持稳定,第3和6天分别为7.51 mg·(L·h)−1和7.83 mg·(L·h)−1)。在该运行方式下,系统后置缺氧段每去除1.00 mg ${{\rm{NO}}_3^ - }$-N可耦合去除0.76 mg TP;且该阶段限制反硝化除磷的主要因素是进水氨氮转化时产生的硝态氮(反硝化吸磷电子受体)的浓度。通过对生物膜样本进行16S rRNA高通量测序分析,发现系统内的优势菌群为Candidatus Competibacter、Candidatus Nitrotoga、Phaeodactylibacter、Thiothrix和Dechloromonas。     

氮磷对引黄水库水中小球藻生长的影响

以济南市引黄水库中分离出的小球藻为研究对象,研究不同光温条件对其生长的影响;在此基础上设计了4因素3水平正交实验研究氮磷物质对小球藻生长的影响。结果表明,小球藻的最适生长温度为30℃,光强为6 000 lx;氮磷营养盐对藻类生长影响的重要性排序为硝酸盐>磷酸盐>氨氮>亚硝酸盐。引黄水库氮磷含量较稳定,适于小球藻的生长,夏、秋季节应加强小球藻水华的监控预警。