外源氮输入对湿地植物生长及光合特征的影响

选择三江平原沼泽湿地典型草甸植被小叶章(Calamagrostis angustifolia),在淹水和非淹水2个土壤水分条件下,分别以NH4NO3水溶液的形式均匀撒入0,6,12,24g/(m²·a)(以N元素量计),进行了野外培养实验.结果表明,小叶章的株高和地上部分生物量均随着氮输入的增多而增大,且土壤处于非淹水状态时差异达到显著水平;小叶章植株的分蘖能力则均表现为先增加后降低,在氮输入量为12g/(m²·a)时最大,随后减小.氮输入后,叶片的叶绿素含量与净光合速率表现出一致的变化趋势,土壤处于非淹水状态时随着氮输入的增加依次增大;而土壤淹水时则随着氮输入的增加先增大后减小;当氮输入量为24g/(m²·a)时表现出了抑制作用.     

利用植物碳源提高人工湿地脱氮效果的应用研究

碳源不足已成为限制人工湿地脱氮的重要因素,植物材料因其经济易得、安全有效的特点,被广泛用作人工.湿地脱氮的外加碳源.文章从天然植物材料的处理、利用方式、脱氮效果等方面研究了其作为人工湿地外加碳源的脱氮机理和脱氮效果,为提高人工湿地脱氮效率提供科学依据及建议.最后,归纳了该研究存在的主要问题,并对今后的发展方向进行了展望...     

添加生态型植物碳源对人工湿地脱氮除磷效果的研究

目前多采用直接投放的方式在人工湿地系统中加入植物碳源,但植物碳源在初期会释放过量的有机物,造成系统出水中COD、TN偏高.为解决这一问题,选用经碱处理、热处理和简单处理3种不同方式预处理过的玉米芯植物,通过静态释放试验,探究玉米芯对有机碳、氮、磷的潜在释放能力,并在此基础上利用玉米芯制备生态型植物碳源,作为人工湿地外加...     

人工湿地脱氮效果的研究进展

介绍了人工湿地的特点、应用现状及其氮的去除机理,从植物、基质和供氧方式3个角度阐述了人工湿地在提高脱氮效果方面所做的研究,并指出人工湿地仍有着广阔的发展前景.     

不同植物与水力负荷对人工湿地脱氮除磷的影响

通过6种湿地植物的表流 (SF) 和潜流(SSF)人工湿地对比实验,分析了不同植物的SF和SSF人工湿地去除率随水力负荷(HL)变化的规律,得到了6种不同植物的SF和SSF人工湿地的最优HL、最优去除率.实验结果表明:6种植物的SF和SSF人工湿地对TP、TN去除率随HL的增加而降低,且植物不同,去除率降低趋势不同,且SSF人工湿地去除率降低值比SF小.SF人工湿地TP、TN去除率比SSF低,且TP去除率比TN大.SF人工湿地中水葱对TP、TN去除率降低最大,水芹菜对TP去除率降低最小,美人蕉对TN去除率降低最小;SSF人工湿地中美人蕉对TP去除率降低最大,水芹菜最小对TP去除率降低最小.芦苇对TN 去除率降低最大,水葫芦对TN去除率降低最小.6种植物SF人工湿地去除TP和TN的平均最优HL分别为0.53,0.47t/(m2×d);SSF人工湿地去除TP、TN平均最优HL分别为0.68,0.44t/(m2×d).     

景观型人工湿地污水处理系统构建及植物脱氮效应研究

将15种景观植物,其中包括4种陆生木本植物引入人工湿地,用于构建景观型人工湿地污水处理系统.该实验系统由12个独立处理单元组成,其中包括由4个平行处理单元构成的一级处理系统及由8个处理单元构成的二级跌流系统.对植物在各处理单元中的氮积累特征及植物氮吸收对系统脱氮贡献率进行研究,结果表明,在进水TN浓度为37.5~55.6 mg/L时,植物吸收脱氮贡献率仅为1%~3%,其不能准确反映植物在系统中的重要作用.因此,本研究采用植物脱氮效应(有植物与无植物系统脱氮的差异)来衡量植物在处理系统中的综合作用,其包括植物吸收贡献及植物与根际微生物、填料基质的协同效应之和,分析表明,植物协同效应占系统脱氮效应的80%以上.     

不同湿地植物脱氮效果与根际土壤微生物群落功能多样性特征分析

为研究水平潜流型人工湿地中不同植物脱氮效果及对土壤微生物的影响,采集水样测定脱氮效率,采集芦苇根际土壤、香蒲根际土壤和对照土壤（不种植物）,利用Biolog技术研究不同处理土壤微生物群落代谢功能多样性特征.结果表明:①与对照相比,种植芦苇和香蒲可提高水平潜流型人工湿地7%~33%的NH₃-N去除率.②芦苇和香蒲根际土壤的碳源利用率增加,并显著高于对照土壤;香蒲根际土壤的碳源利用率高于芦苇根际土壤.芦苇和香蒲根际土壤微生物均对碳水化合物的相对利用率较高（> 48.0%）,对照土壤微生物对碳水化合物和聚合物的相对利用率均较高,分别为34.4%和32.7%.③芦苇和香蒲根际土壤微生物的丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Shannon-Wiener均匀度指数均显著高于对照土壤.④主成分分析（principal component analysis,PCA）结果表明,芦苇和香蒲根际土壤微生物与对照土壤微生物对碳源的利用特征均存在显著差异,而不同植物对土壤微生物碳源利用多样性的影响较小.研究显示,种植植物可改善水平潜流型人工湿地的脱氮效率,增加根际土壤微生物群落功能多样性,而不同植物（芦苇和香蒲）对脱氮效率和根际土壤微生物群落组成的影响无显著差异,因此在种植植物时可根据当地条件进行选择.      

人工湿地脱氮技术研究进展

简要介绍了人工温地脱氮技术原理,主要包括水生植物的吸收、微生物的硝化／反硝化脱氮、氮的挥发、氨化作用、基质吸附和离子交换作用。并讨论了影响脱氮效率的因素,分析了国内外的技术研究现状,为进一步开展人工湿地脱氮机理的研究和优化人工湿地污水处理系统设计提供参考。     

人工湿地脱氮技术研究进展

简要介绍了人工温地脱氮技术原理,主要包括水生植物的吸收、微生物的硝化／反硝化脱氮、氮的挥发、氨化作用、基质吸附和离子交换作用。并讨论了影响脱氮效率的因素,分析了国内外的技术研究现状,为进一步开展人工湿地脱氮机理的研究和优化人工湿地污水处理系统设计提供参考。     

间歇曝气对垂直潜流人工湿地脱氮效果的影响

采用单级垂直潜流湿地处理城镇污水厂沉砂池出水,通过提高湿地出水水位控制淹没水深作为缺氧区;并在湿地反应柱下部安装穿孔曝气管,从而在湿地上部创造好氧环境.通过优化间歇曝气的曝气时间与间歇时间比例(间歇曝气比例)以及间歇曝气周期两个参数来提高湿地脱氮效率.结果表明,随着间歇曝气比例增大,湿地对COD和NH~+_4-N的去除率逐渐升高,而TN去除率有先升高后下降的趋势,当曝气比例为3∶1时,缺氧段污水碳氮比(C/N)值达到4.8,TN去除率达到最高为62.1%,较连续曝气提高了12.7%,出水质量浓度为15.8 mg·L~(-1).随着间歇曝气周期的延长,出水DO质量浓度逐渐降低,COD和NH~+_4-N去除率也逐渐降低,TN去除率在周期为6 h时达到最大为65.5%,当曝气周期超过湿地缺氧段水力停留时间时,TN去除率迅速下降.     

Impact of photosynthesis and transpiration on nitrogen removal in constructed wetlands

To determine the impact of photosynthesis and transpiration on nitrogen removal in wetlands, an artificial wetland planted with reeds was constructed to treat highly concentrated domestic wastewater. Under different meteorological and hydraulic conditions, the daily changes of photosynthesis and transpiration of reeds, as well as nitrogen removal efficiency were measured. It was found that net photosynthesis rate per unit leaf area was maintained on a high level (average 19.0 μmol CO₂/(m²·s)) from 10:00 to 14:00 in July 2004 and reached a peak of 21.1 μmol CO₂/(m²·s) when Photon Flux Density was high during the day. Meanwhile, TN and NH₄ ⁺-N removal efficiency rose to 79.6% and 89.6%, respectively—the maximum values observed in the test. Correlation coefficient analysis demonstrated a positive correlation among photon flux density, net photosynthetic rate, transpiration rate, and TN and NH₄ ⁺-N removal efficiency. In contrast, there was a negative correlation between stomatal conductance and TN and NH₄ ⁺-N removal efficiency. Results suggest that the photosynthesis and transpiration of wetland plants have a great impact on nitrogen removal efficiency of wetlands, which can be enhanced by an increase in the photosynthesis and transpiration rate. In addition, the efficiency of water usage by reeds and nitrogen removal efficiency could be affected by the water level in wetlands; a higher level boosts nitrogen removal efficiency. Translated from China Environmental Science, 2006, 26(1): 30–33 [译自: 中国环境科学]     

序批式人工湿地冬季低温脱氮的效能研究

针对目前连续流人工湿地脱氮效率低、易堵塞及冬季效能下降的问题,提出了采用新型间歇流序批式人工湿地处理小城镇污水的方案,研究探讨了两级序批式人工湿地在冬季低温条件下,停留时间及排空闲置时间对脱氮效能的影响.试验结果表明,在冬季低温5～10 ℃、每级序批式湿地运行工况为瞬时进水-反应24h-瞬时排水-排空闲置12h、氮负荷为1.92g·m-2·d-1、进水COD、NH 4-N和TN浓度分别为143mg·L-1、27.0mg·L-1和32.0mg·L-1时,出水COD、NH4 -N和TN浓度分别为27mg·L-1、3.9mg·L-1和16.5mg·L-1,COD、NH4 -N和TN的去除率分别为81.12%、85.56%和48.44%.     

人工湿地处理低碳氮比污染河水时的脱氮机理

针对人工湿地处理城市污染河水时出现的脱氮效果不佳的问题,以受到严重面源污染的镇江古运河水为例,采用芦苇碎石床复合垂直流人工湿地小试装置研究了人工湿地处理此类低碳氮比污水时的脱氮机理.试验结果表明,人工湿地对于污水中氮的去除主要发生在表层30cm处,其去除机理主要包括填料、植物根系等对悬浮态氮的过滤、截留作用,微生物对溶解态氮的硝化反硝化作用以及植物的吸收作用;湿地下部由于碳源缺乏抑制了反硝化过程,基本不能发挥除氮的作用;对于硝氮浓度高的污水,通过补充有机碳可以有效提高除氮效果,但对于氨氮浓度高的污水,补充有机碳没有明显的效果.     

芦苇碳源投加量对表面流人工湿地中试系统强化脱氮启动的影响

针对农田退水C/N较低的问题,采取表面流人工湿地投加缓释型植物碳源芦苇强化反硝化脱氮。模拟农田退水水质为:N O 3 - -N浓度,(8.00±1.00)mg/L;TN浓度,(9.00±1.00)mg/L;N H 4 + -N浓度,(0.70±0.10)mg/L;N O 2 - -N浓度,0.01 mg/L;TP浓度,(1.00±0.05)mg/L。设计了3组中试湿地:空白组湿地为不加芦苇碎段的对照湿地;1 #湿地为芦苇碎段面积占强化反硝化湿地段面积的1/4;2 #湿地为芦苇碎段面积占强化反硝化湿地段面积的1/2。采用静态方式进行为期40 d的启动试验。结果表明:启动前期(第1~18天),空白组湿地、1 #湿地和2 #湿地N O 3 - -N的去除率分别达到84.2%(第18天)、89.1%(第18天)和97.8%(第7天);TN的去除率分别达到75.1%(第15天)、79.4%(第15天)和90.0%(第7天)。考虑到湿地N O 3 - -N的利用情况,在试验第18天时补加N O 3 - -N至浓度为(8.00±1.00)mg/L。启动后期(第19~40天),空白组湿地N O 3 - -N和TN的去除率在第40天分别为78.0%和71.4%;1 #湿地在第37天分别为92.2%和75.2%;2 #湿地在第35天分别为95.8%和77.1%。投加芦苇碳源可大大缩短中试表面流人工湿地的启动期,2 #湿地启动较快,且对N O 3 - -N和TN的去除效果明显高于1 #湿地和空白组湿地,表明碳源投加越多,启动越快,脱氮效果越好。     

耐冷氨氧化功能菌群强化人工湿地低温脱氮

针对冬季低温条件下人工湿地脱氮效率低的问题,将富集得到的耐冷氨氧化功能菌群固定化后投加到人工湿地中,探究生物强化对低温下人工湿地脱氮的强化效果及其微生物作用机制.结果表明,5℃条件下,梯度降温（R1）和梯度降温耦合选择性抑制（R2）条件下富集培养的耐冷氨氧化功能菌群强化处理的人工湿地的氨氮平均去除率分别为84%和88%,比对照组湿地分别提高24%和28%.高通量测序分析表明,富集得到的耐冷氨氧化功能菌群中优势菌种（相对丰度高达19.2%）为具有氨氧化功能的硝化螺旋菌（Nitrospira sp.）,属于全程氨氧化菌,在氨氧化过程中起主要作用.微生物相对表达水平分析表明,两组生物强化人工湿地中氨氧化功能基因amoA的表达丰度分别为2.82×10⁸,8.22×10⁸拷贝数/克基质,显著高于对照组湿地的2.50×10⁷拷贝数/克基质.投加耐冷氨氧化功能菌群可以有效提高人工湿地脱氮效率.     

拔风管对CANON型人工湿地脱氮性能的影响

以猪场沼液为处理对象,探究了拔风管对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)氮素转化性能及微生物种群结构的影响.结果表明,拔风管数量可显著影响CANON型TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.在水力负荷(HLR)≤0.18m3/(m2·d)的前提下,随着拔风管数量由0增...     

多种湿地植物组合对污水中氮和磷的去除效果

通过室内静水实验,研究了再力花(Thalia dealbata)、鸢尾(Iris tectorum)、菖蒲(Acorus calamus)、茭白(Zizania aquatica)、睡莲(Nymphaea tetragona Georgi)、大聚藻(Myriophyllum aquaticum)、马蹄莲(Zantedeschia aethiopica Spreng)7种不同生态型的湿地植物进行镶嵌组合后各组合对水体中氮、磷的去除效果.结果表明,不同生态型的湿地植物组合对污水中氮和磷的去除效果较好,8种组合中对总氮和氨氮去除效果最好的组合为睡莲+再力花(S+Z)和睡莲+马蹄莲+茭白+菖蒲(S+M+J+C),最大去除率分别为92.29%和95.50%.对总磷的去除效果最好的组合为睡莲+再力花+鸢尾(S+Z+Y),较无植物对照组的最大净化率提高了43.73%.不同水生植物组合后对氮、磷的净化效果差异较小,种湿地植物组合对总氮、氨氮和磷的去除率范围分别为83.19%～92.29%、86.50%～95.50%和85.67%～99.87%.运用隶属函数进行综合评价,筛选出对污水中氮和磷净化能力较强的组合为:睡莲+再力花(S+Z)、睡莲+马蹄莲+茭白+菖蒲(S+M+J+C)、睡莲+再力花+鸢尾(S+Z+Y)及睡莲+再力花+茭白+菖蒲(S+Z+J+C).     

组合人工湿地对城镇污水处理厂尾水中有机物的去除特征研究

采用物理分级和三维荧光光谱法,研究了组合人工湿地对城镇污水处理厂尾水中不同形态有机物的去除特征.结果表明,组合人工湿地对污水处理厂尾水具有较好的深度处理效果,出水水质基本可以达到国家地表水环境质量标准(GB38382-2002)Ⅲ或Ⅳ类水标准.组合人工湿地处理系统对尾水中CODCr和BOD5总体去除率分别达到35.2%和44.3%,对尾水中总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)的平均去除率分别为46.9%、45.9%、48.3%.组合人工湿地系统不同单元对尾水中有机物的去除贡献率存在差异,其中,潜流湿地单元对尾水中CODCr和BOD5及其不同组分有机碳的去除效率较高.试验期间,由于藻类滋生,表流湿地单元出水中有机物含量波动较大,去除效果明显降低,藻类被打捞后,出水水质明显改善.三维荧光光谱分析结果显示,各个处理单元取样点的水样三维荧光光谱均出现4个明显的荧光峰.人工湿地各单元出水溶解性有机质(DOM)中,类蛋白和类腐殖酸物质含量较高,类富里酸物质含量较低.人工湿地对类蛋白和类腐殖酸物质有较强的去除作用.     

排水速率对潮汐流人工湿地中CANON作用的强化

为强化潮汐流人工湿地（TFCW）中基于亚硝化的全程自养脱氮（CANON）作用,探究了不同排水速率（v_d）下系统中氮素的迁移转化机制与微生物特征.结果表明,v_d可显著影响TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.当v_d由1.00降至0.50L/min时,填料层中逐渐形成较为严格的限氧环境,有利于短程硝化的稳定和厌氧氨氧化菌的富集,进而有助于CANON反应体系在TFCW中形成.而当v_d小于0.50L/min时,填料层中溶解氧相对不足,好氧氨氧化菌活性受到抑制,数量随之减少,CANON作用的强化效果有限,系统脱氮性能受到影响.当v_d为0.50L/min时,TFCW中的CANON作用可得到最大限度的强化,系统脱氮性能达到最佳,其TN和NH₄⁺-N的去除负荷分别为（116.79±13.16）和（102.75±4.35） mg/（L·d）.对v_d的合理设置可实现TFCW中CANON作用的强化,有利于CANON型人工湿地的构建.     

补充碳源提取液对人工湿地脱氮作用的影响

为了提高人工湿地的脱氮效率,在不同条件下分别对美人蕉、香蒲及稻杆进行稀硫酸水解,以获得相应碳源提取液.正交实验表明,稀硫酸浓度的提高和水解时间的增加都会导致碳源释碳能力的提高,稻杆在5%稀硫酸溶液中水解30 min以上,释碳能力最高.通过观察,前2 d是系统脱氮反应高峰时段.对以NH₄⁺-N和NO₃^--N为氮源的脱氮过程,随C/N比升高,NO₃^--N和TN去除率增长明显;而NH₄⁺-N受溶解氧制约,去除有限;随C/N比升高,碳源对系统溶解氧的竞争会进一步抑制硝化反应的彻底进行.而对以NO₃^--N为氮源的反硝化过程,补充碳源对TN和NO₃^--N的去除有明显作用;TN去除率由54%提高到95%,NO₃^--N去除率由48%提高到96%;中间产物NO₂^--N的积累与NO₃^--N去除率有关;当NO₃^--N去除率较高时,NO₂^--N无积累.此外,基质反硝化强度也随C/N比升高呈上升趋势,湿地填料细沙层的反硝化强度略高于碎石层.