植物滞留系统中磷污染物的迁移转化

植物滞留系统作为一种低影响开发 (LID) 雨水管理措施,能有效去除雨水径流中的各种污染物。为探究磷污染物在介质中的运移机理尤其是介质中磷形态的运移,通过对填料层土壤介质施加不同添加剂对磷的去除效果,以及介质中各形态磷转化机理进行研究。结果表明：土壤介质添加剂为葡萄糖、淀粉时,加入淀粉的混合介质对磷的去除率比土壤介质高,对介质中稳定有机磷及中等稳定有机磷含量变化情况没有明显影响,但介质中铁磷有一定增加。与土壤介质相比,土壤与粉煤灰混合介质对磷的去除率明显提高,且混合介质中的水溶性磷、钙磷、铝磷增加量明显增大。改变人工模拟雨水pH的实验结果显示,在含氧量高的土壤介质表层,当模拟雨水pH为7~12,介质中的无机磷中水溶性磷的增加量明显;然而,当pH小于7时,介质中的无机磷中水溶性磷 (Ads-P) 的增加量微弱。柱实验表明,在植物滞留系统深度为40 cm处开始,随着深度的增加,雨水径流的出水中各类磷的质量分数降低趋势变得缓慢。其中,每组实验柱对磷去除率的平均值由大到小的顺序为：粉煤 灰+砂土>砂土>淀粉+砂土。随着深度的增加,这3组实验柱介质中的铝磷和中等活性有机磷均减少。该研究成果可为植物滞留系统磷污染物的迁移转化提供参考。     

绿狐尾藻人工湿地底泥中磷形态分布特征研究

构建处理不同负荷养殖废水的绿狐尾藻人工湿地,采集湿地表层(0~5cm)、中层(5~10cm)和底层(10~20cm)底泥样品,测定TP及有机磷含量,并用五步化学分级提取法将无机磷逐级提取为水溶性磷、铝结合态磷(Al-P)、铁结合态磷(Fe-P)、闭蓄态磷(O-P)和钙结合态磷(Ca-P),对比了各形态无机磷水平和垂直分布差异。结果表明,绿狐尾藻人工湿地表层底泥TP质量浓度在167~965mg/kg,其中有机磷占TP的66.0%(质量分数,下同)~79.2%。各形态无机磷的含量排序为:O-PFe-PCa-PAl-P可溶性磷。不同形态无机磷随着底泥深度的增加变化不同,总体来看,从表层到中层,Al-P、Fe-P和Ca-P含量呈现降低趋势,中层到底层无明显变化规律;低负荷湿地中,O-P含量随深度增加逐渐降低,而在中、高负荷湿地中O-P含量随深度增加逐渐增加。相关分析结果显示,Al-P、Fe-P、O-P含量与底泥pH和溶解性有机碳(DOC)呈显著或极显著正相关,说明磷在底泥中的行为易受底泥pH和DOC影响。     

河岸带土壤对不同pH雨水中截留磷的影响

通过河岸带土柱淋滤模拟实验,研究了不同pH值模拟雨水条件下河岸带土壤对雨水中磷的截留效应,分析了pH对河岸带土壤吸附磷素的影响机制。结果表明：在不同pH的模拟雨水处理下,河岸带土壤对TDP和MRP的吸附具有显著的差异;且在pH=5条件下河岸带土壤对磷素的吸附量最低。河岸带土壤对雨水中磷的去除率随着降雨时间的进行而不断下降,pH=5时,河岸带对磷的去除率最低,截留能力最弱。不同pH值的模拟雨水对土柱中TP的含量产生显著影响,pH=5时,土柱中TP含量最高,pH=3时,TP含量最低。土柱中的TP在表层10 cm含量最高,随深度的增加而不断降低。研究河岸带土壤对不同pH雨水中磷的截留效应对于理解磷在河岸带土壤中的迁移转化机理以及防治水体富营养化具有十分重要的意义。     

2种改良土壤渗滤系统对降雨径流中氮的去除

为研究改良土壤渗滤系统对降雨径流中不同形态氮(NH4+-N,NO3--N,NO2--N,TN)的去除效果及径流中氮负荷对氮去除率的影响,实验分别以聚氨酯泡沫和人工草皮为改良材料,以降雨径流中的氮为处理对象进行室内模拟研究。结果表明,聚氨酯泡沫土壤渗滤系统及草皮土壤渗滤系统对TN,NH4+-N均具有较好的净化效果,并表现出良好的耐冲击负荷能力。TN平均去除率分别为72.65%和71.07%,NH4+-N平均去除率分别为98.10%和99.09%。2种渗滤系统对NO3--N去除效果均较差,表现为-420.07%和-171.66%的负去除率。聚氨酯泡沫土壤渗滤系统对NO2--N的平均去除率为87.29%,高于草皮土壤渗滤系统53.77%的平均去除率。总体上,聚氨酯泡沫土壤渗滤系统对径流中氮的去除效果优于草皮土壤渗滤系统,具有较好的应用前景。     

瑶湖沉积物中磷的赋存形态及其空间分布特征

利用磷的分级提取分析方法,首先对瑶湖沉积物磷赋存形态进行了分析;其次将瑶湖分成A、B和C 3个区段(其营养状态指数TLI值的大小为:B区A区C区),在此基础上,探讨了铁结合态磷(Fe-P)、铝结合态磷(Al-P)、钙结合态磷(Ca-P)和有机磷(OP)的空间分布特征。研究结果表明:在沉积物磷赋存形态中,无机磷形态(IP)占总磷(TP)的平均比重为75%以上,Fe-P是IP的主要成分,Fe-P占TP比重范围为40.55%~67.63%;各种形态磷的平均含量(或占TP比重)大小为Fe-PAl-POPCa-PDP。Fe-P、Al-P和OP的水平分布特征的结果表明:对于相同的区段,不同磷赋存形态的含量变化具有相同的变化规律,其含量大小为Fe-PAl-POP,而Ca-P含量变化相对稳定;对于不同的区段,相同磷的赋存形态含量的极值变化具有一定的差异,其中Fe-P、Al-P和OP的最大值均出现在B区段,而Fe-P和Al-P最小值出现在A区段,OP则出现在C区段。Fe-P、Al-P、Ca-P和OP的垂直分布特征的结果显示:对于相同的区段,Fe-P、Al-P、Ca-P和OP的含量均随深度呈现递减趋势,当达到25 cm深度时其含量基本稳定;而对于不同的区段,Fe-P、Al-P和OP的含量随深度的变化趋势具有一定的差异性,A区段随深度的变化趋势比B区段和C区段缓慢,而Ca-P变化趋势则没有明显的区分,这一研究结果为揭示瑶湖富营养化发生的机制提供了数据和理论支撑。     

土壤渗滤介质系统去除雨水径流污染物

利用昆明当地的土壤在室内填装一个土柱渗滤系统,使用配水浓度模拟昆明市区雨水径流污染物浓度,进行去除雨水径流污染物的实验研究,考察系统对COD、TN、NH4＋、NO3^-、NO2^-和TP的去除效果。实验结果表明,该土壤渗滤系统对COD平均去除率为82．04％,对TN的平均去除率为22．64％,对NH;平均去除率为94．26％,但是对NO3^-、NO2^-去除效果较差,对TP平均去除率为96．95％;另外,系统长期运行导致下渗速度降低,出水效果反而变好。     

模拟生态种植槽去除雨水径流中的磷

为解决路面雨水径流未经收集处理排入洱海造成的水污染问题,该研究根据大理东环海公路径流水质特征,从经济、环保角度考虑,选用土壤、混合填料(锯末沙子比例分别为1:3、1:4、1:5)、砾石分层装填的3组生态种植槽系统对其进行模拟净化研究,并测定填料的渗透系数及其对磷的吸附特性。结果表明:土壤对磷的吸附效果明显,沙子次之,锯末较差;种植槽适合植物移栽、自然挂膜及低污染负荷启动方式;运行期出水TP平均浓度均优于地表水Ⅱ类水质标准,平均去除率均高于88%。不同混合填料比种植槽对TP的净化效果从高到低排序依次为:1:3(锯末:沙子) > 1:4(锯末:沙子) > 1:5(锯末:沙子),且锯末沙子比为1:3时的渗透能力最好,故推荐锯末:沙子为1:3的种植槽供后续示范工程选用;研究成果在大理和河南三门峡得以应用。     

桂林会仙湿地沉积物中磷形态及分布特征

沉积物中磷的含量及其形态是影响水体营养化进程的重要因素,对研究湿地水体富营养化具有重要意义。应用蒋柏藩等石灰性土壤无机磷提取方法,调查了桂林会仙岩溶湿地5个典型区域柱状沉积物中的磷形态分布、垂向上的变化特征,分析了各形态磷之前的相关性。结果表明,桂林会仙湿地柱状沉积物中w(TP)为161.14~555.48 mg/kg,活性较高的Ca2-P(5.27~51.45 mg/kg)、Ca8-P(7.76~37.57 mg/kg)均较低。沉积物中的磷以Ca-P(42.92%)为主,Ca-P中的Ca10-P所占比例较高(>70.3%),导致内源磷不易释放,有利于减缓桂林会仙湿地水体富营养化进程。在空间分布上,Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P与TP分布趋势相似,从沉积物表层至底层逐渐降低并趋于稳定。Pearson相关系数表明,TP与总氮(TN)、有机质(OM)、Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P极显著相关,与Ca10-P显著相关。     

2种南方土壤污水渗滤土地处理系统中磷元素的放射性示踪动力学比较实验

为了比较不同土壤的污水渗滤土地处理系统对磷的去除效果,在模拟土柱中采用磷同位素(32P)示踪技术,研究污水中磷进入红壤和紫色土不同土层后的行为动力学特征.实验结果表明,污水中磷在红壤中滞留率高于紫色土,而在紫色土中的迁移性则强于红壤.对于紫色土,污水带入的各无机磷组分按比例大小排序为;磷酸铁盐(Fe-P)>闭蓄态磷(O...     

高效旋流分离-生态砾间接触氧化联合装置处理初期雨水径流应用研究

设计高效旋流分离—生态砾间接触氧化联合装置处理初期雨水径流。确定高效旋流分离器的最优进水压力为0.03MPa,生态砾间接触氧化装置的最优水力停留时间(HRT)为8h,模拟初期雨水SS、COD、TN、氨氮和TP的去除率分别达到93.00%、91.00%、74.00%、95.00%和83.00%。该联合装置主要通过离心力作用,填料层吸附和过滤作用,微生物的同化和异化作用,植物根系的吸收、截留和降解作用将污染物去除。构建中试系统应用至实际初期雨水径流的处理,中试系统运行稳定,出水SS、COD、TN、氨氮和TP平均分别为89.00、42.00、3.97、1.84、0.42mg/L,有效削减初期雨水径流污染物的排放量,从而缓解天津市滨海新区的面源污染。     

城市绿地土壤渗透性改良对雨水径流污染的削减效果及去除规律

为考察土壤渗透性改良后的径流污染削减效果和去除规律,以上海浦东某已建居住社区绿地土壤特性为样本,采用中粗砂和沸石进行渗透性改良并开展径流污染削减实验。结果表明:改良后土壤渗透性能明显提高,具有较好的截留和净化污染物作用;通过土壤成分、污染负荷、流量负荷和渗滤深度对COD、TN、TP和NH_4~+-N去除效果的影响分析,提出了不同径流污染特征下可采用不同的土壤渗透性改良方案,实现对特征污染物更有效的削减效果。研究结果可为改良城市居住社区绿地土壤渗透性,缓解初期雨水径流污染提供参考和借鉴。     

土地处理系统表层土壤中磷赋存形态及其转化过程

以在江淮地区典型经济欠发达村镇(忠庙)构建的化粪池-土地处理系统为对象,研究了土地处理系统表层土壤中磷赋存形态及其转化过程。结果表明,土地处理系统表层土壤中TP含量在149.2～159.4 mg/kg之间,且在运行实验后其含量有所增加。在磷赋存形态方面,Ca-P占TP含量的百分比最高,达到33.1%,随后依次为Ex-P、Org-P、Fe-P和Oc-P,分别为26.1%、19.6%、14.2%和7.0%;在磷活性方面,活性磷(Ex-P和Fe-P)占TP含量的百分比较大,在运行实验后由38.0%增至40.3%,可能是由于惰性磷(Oc-P、Ca-P和Org-P)转化所致,而Org-P矿化速率大于其累积速率。相关性分析表明,除Ca-P外,其他各形态磷均与土壤pH不相关,而Org-P与OM、TP、Ex-P和Ca-P均呈正相关。     

自来水厂污泥制得陶粒对污水中磷和氨氮的吸附

自来水厂在制水过程中使用了铝系、铁系无机混凝剂,故而污泥中含有较多的铝、铁成分。本研究从固体废物综合利用角度,结合自来水厂污泥成分特点,探索自来水厂污泥陶粒化后作为污水处理污染物吸附填料的可行性。通过对四种不同温度条件下煅烧制得陶粒填料的污染物吸附性能及物理化学特征的对比研究表明,4种陶粒填料对磷均有较好的吸附效果,其中以400℃条件下制得的吸附效果最好,去除率可达98%; EDS、XRD等物化表征显示了4种陶粒填料中均含有铝的氧化物,但纯度不高,含量因煅烧温度不同而有所不同,800℃条件下制得的最低;比较吸附前后填料中Al-P的含量变化,400℃条件下制得的陶粒填料Al-P吸附量最大,达448.23 mg/kg,而800℃的最低,仅为116.11 mg/kg,煅烧后陶粒中铝氧化物是这类陶粒填料对磷吸附效果主要因素。     

人工快速渗滤系统除磷效率研究

为了探寻人工快速渗滤(CRI)系统除磷效率和机制,并优化CRI系统除磷效率和促成CRI系统进一步推广应用,以铁粉和传统CRI常用基质——天然砂为研究对象,在室内相同运行条件下,构筑人工试验土柱(以下简称模型柱)模拟CRI系统,通过监测普通模型柱和加强除磷模型柱中出水TP,分析CRI系统的除磷机制和效率。结果表明:采用天然砂作为滤料主要组分的CRI系统的除磷效率较差,出水TP不能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准(1mg/L),在CRI系统中添加适量铁粉构建的CRI系统对TP的去除率有较大的提高,平均去除率为84.2%,比普通CRI系统高出39.5百分点;CRI系统在滤料层初始段TP去除率最高,随着系统深度的增加,CRI系统对TP的总去除率逐渐升高,但去除速率随着系统深度的增加而降低。     

集水花坛对农村区域初期地表径流的净化效果

针对农村集中居住区地表硬化,高氮磷浓度的初期地表径流直排进而污染附近河道的问题,设计了“集水花坛-拦截沟”组合工艺,研究了4个不同水力停留时间(HRT)下处理初期地表径流的净化效果。结果表明：“集水花坛-拦截沟”组合工艺利用植物吸收、微生物降解及基质层吸附拦截的综合作用,有效降低了农村初期地表径流中的污染物浓度;在4种HRT条件下,该组合工艺均可快速去除径流水体中的悬浮物SS,去除率达96%以上;当HRT为3 d时,该组合工艺能够显著降低径流水体中的TN、TP及COD值,去除率分别达到90%、90%和75%以上,且出水TN和COD达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类水标准,TP浓度达到V类水标准。以上结果可为农村初期地表径流的处理提供技术参考和数据支撑。     

城市生活垃圾焚烧炉渣对水质除磷效果研究

城市生活垃圾经过焚烧后的炉渣具有广阔的利用前景,是一种较为理想的磷聚填料。研究了磷初始浓度、pH、炉渣粒径以及反应温度对炉渣除磷效果的影响。结果表明:(1)炉渣对KH_2PO_4溶液中的磷具有较好的去除效果,最佳反应时间为3.0h;(2)磷脱除量随磷初始浓度的增加而增加,而磷的去除率呈降低趋势;(3)磷脱除量随pH的增加呈先降低后增加趋势,酸性条件下炉渣对磷具有较高的去除效果;炉渣颗粒越小,对磷的吸附去除效果越好;(4)炉渣对磷的吸附符合Langmuir和Freundlich等温吸附方程,相关系数均达显著水平,且Langmuir等温吸附方程拟合效果更优;(5)炉渣中的磷形态主要为钙结合态磷(包括Ca_2-P、Ca_8-P、Ca_(10)-P)、铝结合态磷(Al-P)和铁结合态磷(Fe-P),其中以Ca_(10)-P形态最多(78.96%)。     

降雨入渗与地表径流污染减量模拟试验研究

针对造成水体污染的城市降雨地表径流问题,建立模拟降雨系统,选用聚合物与功能材料,改良土壤结构,提高土壤对雨水的渗透性,削减地表径流及径流携带污染物对纳污水体的污染.结果表明,复合施用PAM与沸石使降雨径流过流体土壤结构被改良,对降雨径流的削减作用明显,对土壤的降水渗透有显著的促进.数据表明,沸石与PAM配施对削减降雨地表径流与提高降雨土壤入渗的效果有协同作用.在36、72和108 mm/h不同降雨强度下,处理土壤水的入渗较对照分别提高了35%～76%、32%～66%和18%～47%,降雨后土壤的含水量较对照可提高1～5倍.     

降雨入渗与地表径流污染减量模拟试验研究

针对造成水体污染的城市降雨地表径流问题,建立模拟降雨系统,选用聚合物与功能材料,改良土壤结构,提高土壤对雨水的渗透性,削减地表径流及径流携带污染物对纳污水体的污染.结果表明,复合施用PAM与沸石使降雨径流过流体土壤结构被改良,对降雨径流的削减作用明显,对土壤的降水渗透有显著的促进.数据表明,沸石与PAM配施对削减降雨地表径流与提高降雨土壤入渗的效果有协同作用.在36、72和108 mm/h不同降雨强度下,处理土壤水的入渗较对照分别提高了35%～76%、32%～66%和18%～47%,降雨后土壤的含水量较对照可提高1～5倍.     

海绵城市下垫面基质优化及其对模拟雨水处理效果

针对日益严重的城市内涝和雨水径流污染问题,引入沸石、蛭石、陶粒和煤渣作为海绵城市下垫面基质,采用人工调配雨水,通过渗滤柱模拟下垫面对雨水的下渗、储蓄和净化效果,比较几种不同基质组合对径流雨水的渗滤速度、最大持水量和对污染物的去除效果。结果表明:改进后的渗滤柱渗透速度可承受连续72 h大暴雨,最大持水量为39.73%,可有效削减城市径流洪峰;沸石+蛭石+陶粒分层渗滤柱对污染物的去除效果最好,出水NH4+-N浓度满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)中道路清扫、消防等各项用水指标,COD浓度满足《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》(GB 50400-2016)除娱乐性水景以外的各项用水要求;除此之外,出水中NH4+-N、TP和COD浓度均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A要求;研究结果可为海绵城市建设提供技术支撑。     

人工湿地中基质与植物对污染物去除效率的影响

针对太湖五里湖富营养化水体,采用中试规模的人工湿地现场实验开展了不同基质、不同植物的污染物去除效果研究。基质采用炉渣和沸石2种,在一个湿地池种植单一植物茭白,另一个湿地池种植鸢尾＋菖蒲混合植物,同时构建了无植物的对照组湿地。研究表明：（1）在运行初期,沸石和炉渣2种基质对TN、TP的去除率差异为12.5%和12.6%,吸附饱和后,2种基质对TN和TP的去除率差异缩小为3.2%和6.1%,从长期运行来看,炉渣和沸石2种基质在人工湿地中的去除效率差异将减小;（2）茭白单一植物湿地对污染物的去除率与鸢尾＋菖蒲混合植物湿地对污染物的去除率两者之间差异不大;（3）人工湿地种植植物后对TN、TP的去除率比无植物状态时分别高出13.6%和19.5%,植物在人工湿地中对污染物的去除发挥了重要作用;（4）在本试验条件下,茭白吸收所去除的氮数量为湿地氮总去除量的8.95%,茭白吸收去除磷的数量为湿地磷总去除量的20.16%,在人工湿地中,茭白吸收对磷的去除效率比对氮的去除效率高。