垂直流人工湿地系统中植物对除磷效果的影响研究

人工湿地系统除磷包括基质除磷和植物除磷。本文通过研究三个试验块在不同植物、不同水力负荷、干湿交替运行等条件下人工湿地除磷的效率,得出人工湿地植物在整体除磷效率中占10~15%的贡献,植物系统完备的人工湿地总除磷效率高,并且抗冲击负荷能力更强,具有更高的除磷恢复能力。在不同的植物选种中,黑麦草比吉祥草系统更加稳定。     

垂直流人工湿地净化湖水的除磷研究

将欧盟资助项目研究成果应用于实际工程中,以垂直流人工湿地净化湖水的应用工程作为研究对象,通过实例总结系统的除磷效能,考察垂直流人工湿地对湖水净化后水质维护效果与应用前景,检验参数的合理性,并分析相关原因。结果表明,两种功能的垂直流人工湿地均达到了设计的除磷效果,在水力负荷为1000mm／d～2000mm／d时,两系统的平均去除率分别为TP：27．3％和49．1％,磷酸盐：20．1％和34．8％。湖水经湿地净化后能维持较好的水质,TP能达到地表水Ⅲ类标准。     

复合垂直流-水平流人工湿地系统除氮效果的影响因素

复合垂直流-水平流人工湿地系统对$NH_{4}^{+}$-N及TN去除效果的主要影响因素有水力负荷、溶解氧、植物、季节等。研究表明:复合人工湿地系统在1.2、0.8和0.4 m ³/(m ²·d)(高、中、低)3个水力负荷条件下对TN的平均去除率分别为58.28%、61.71%和63.94%,对$NH_{4}^{+}$-N的平均去除率分别为71.71%、59.74%和68.37%;有无充足的氧气对系统中$NH_{4}^{+}$-N和TN的去除效果影响较大,$NH_{4}^{+}$-N去除率从40%~50%提升到80%,TN的去除率从30%提升到70%;有植物的系统对$NH_{4}^{+}$-N及TN的去除率要比无植物的高3%~4%,二者差异不明显(P>0.05);夏秋季节系统对$NH_{4}^{+}$-N的去除率要高于春冬季节,二者具有明显差异(P<0.05),且不同停留时间条件下变化规律基本一致,夏季系统对TN的去除率最高,达86.62%,春季系统对TN的去除率最低,为30%~40%,二者相比有明显差异(P<0.05);温度和氧气是系统去除生活污水中TN和$NH_{4}^{+}$-N最主要的限制因子。     

负荷因素对垂直流人工湿地土壤堵塞的影响

为了了解水力负荷、有机负荷和悬浮物负荷在三因素相互影响的条件下垂直流人工湿地土壤堵塞问题的发生过程,该研究采用垂直流人工湿地模拟土柱试验装置,观察在三因素组合条件下,垂直流人工湿地土壤堵塞的发生过程。运行试验结果表明,各三因素系统对人工湿地堵塞的影响程度由高到低分别是:高水力负荷+高有机负荷+高固体悬浮物负荷5高水力负荷+高有机负荷+中固体悬浮物负荷7高水力负荷+中有机负荷+中固体悬浮物负荷6高水力负荷+中有机负荷+高固体悬浮物负荷8中水力负荷+高有机负荷+中固体悬浮物负荷3中水力负荷+高有机负荷+高固体悬浮物负荷1中水力负荷+中有机负荷+高悬浮物负荷4中水力负荷+中有机负荷+中固体悬浮物负荷2;基质堵塞物积累和分布规律:含水率在较高负荷的时候表现为下层表层中层的趋势。而有机物和总磷的分布均表现为表层下层中层的趋势。     

复合垂直流湿地去除模拟河水中氮磷的研究

构建无植物复合垂直流湿地系统,用于处理太湖梅梁湾模拟入湖河水,湿地以不同粒径的沸石为基质,以便于微生物的挂膜和氮的吸附。该系统为期5个月的氮、磷去除效果表明,在水力负荷为0.375 m³/(m²•d),进水NH₃-N,NO₂^--N,TN和TP浓度分别为3.8~5.1,0.9~1.8,6.6~8.5和0.32~0.47 mg/L时,NH₃-N,NO₂^--N,TN和TP的平均去除率分别为97.5%,95.5%,26.6%和18.9%;系统中N的去除主要依靠硝化反硝化作用,由于系统中缺乏碳源,抑制了反硝化过程,使硝化作用强于反硝化作用,导致出水NO₃^--N浓度升高,且出水中的NO₃^--N浓度约占TN的96.7%。     

潮汐流人工湿地对高污染河水氮磷的去除特性

通过一年半的实验,对比研究了不同运行方式下垂直潜流人工湿地对高污染河水氮磷的去除特性,并分析了各种因素对潮汐流人工湿地(TF CW)脱氮除磷的影响作用。结果表明:潮汐流的运行方式能够提高系统对氮磷的去除效果,其对总氮(TN)、氨氮(NH_4~+-N)、总磷(TP)和磷酸盐(PO_4~(3-)-P)的平均去除率分别为37.6%、51.6%、54.1%和41.4%;系统对氮磷的去除效果表现出显著的四季性差异(P0.05),系统在夏季的效果最好,冬季最差;且系统对TN、NH_4~+-N、TP、PO_4~(3-)-P的去除与进水负荷有较强的相关性;运用冗余分析(RDA),得出水环境因子对氮磷去除负荷的影响作用,其中TN去除负荷与悬浮性颗粒物浓度(ρ(SS))、碳源浓度、温度(T)呈正相关,且相关性依次增大,而与溶解氧浓度(ρ(DO))则呈负相关性;NH_4~+-N去除负荷与氧化还原电位(ORP)、ρ(DO)均呈正相关,且相关性依次增大;TP去除负荷与pH、ρ(SS)均呈正相关,且相关性相近;PO_4~(3-)-P去除负荷与pH呈正相关,且相关性极为显著。     

多级垂直流人工湿地对北方农村生活污水的处理分析

文章采用多级垂直流人工湿地处理北方农村生活污水,考察了稳定运行期水力负荷、植物收割以及季节对COD、NH~+_4-N、TN和TP的去除影响。结果表明:COD、TN和TP去除随水力负荷增加呈递减趋势,在0.15 m~3/(m~2·d)时去除最佳,出水浓度分别为18～30、9～25和0.4～0.5 mg/L。NH~+_4-N去除随水力负荷增加呈先增后减趋势,在0.25 m~3/(m~2·d)时去除率最佳,出水浓度为0～6 mg/L。在水力负荷为0.15 m~3/(m~2·d)时,植物收割后COD、NH~+_4-N、TN和TP的去除均有所降低。不同季节时,夏季湿地处理效果最佳,冬季最差。同时对比实验表明,夏季水力负荷为0.15 m~3/(m~2·d)时,多级垂直流人工湿地对COD、NH~+_4-N、TN和TP的去除效果优于单级水平流人工湿地,其出水达到城镇污水处理厂污染物排放一级A标准。     

潜流人工湿地去除效果研究

在连续运行条件下,采用水平潜流人工湿地净化低浓度的生活污水,考察了其净化效果。结果表明,该系统能够有效的降低生活污水中的COD、TN、TP,适合于城镇生活污水的处理。在0.1、0.2 m3/(m2.d)的水力负荷条件下,系统较容易出现死水区;当0.3 m3/(m2·d)的水力负荷条件下,水流呈推流状态,有效容积和水力效率得到提高,去除率分别为90.3%、86.6%和96.7%。试验表明,适当增加水力负荷,有利于污染物的去除。     

处理微污染河水的人工湿地中磷的去除特征及吸附形态分布

通过在野外条件下构建两座潜流人工湿地,考察了湿地对微污染水体中磷的净化效果,以及湿地填料对4种主要形态磷的吸附特征.结果表明,湿地对总磷(TP)的平均去除率在30％左右,颗粒性总磷(STP)去除比例略高于溶解性总磷(DTP).两个湿地中TP的出水负荷随其进水负荷的升高线性增大,而磷的单位面积去除负荷与进水负荷呈对数关系,迸水负荷超过1000 g·m-2·d-1后,去除负荷没有发生明显变化.4种主要形态磷的吸附量关系表现为钙镁磷(Ca/Mg-P,12582和11052 mg)＞铁铝磷(Fe/Al-P,5312和5750 mg)＞弱吸附磷(Plabile-P,2054和1207 mg)＞腐殖质磷(Humic-P,-362和-136 mg).湿地3层填料对Humic-P和Plabile-P的吸附能力有限,且伴有解吸现象,而Ca/Mg-P和Fe/Al-P的吸附主要发生在卵石和碎砖层,碎石层对湿地中磷的去除贡献较低.栽种植物对湿地中填料对磷的吸附影响较小.     

垂直流人工湿地不同填料长期运行效果研究

在高水力负荷(2400~3400mm/d)条件下,以沸石、无烟煤、页岩、蛭石、陶瓷滤料、砾石、钢渣和生物陶粒为填料,进行垂直流人工湿地模拟柱净化污水实验(历时25个月).结果表明,随着系统的运行,各填料对COD的去除能力均有不同程度提高.沸石对污水中氮素的处理能力保持在较高的水平,对TN和NH4+-N的平均去除率分别高达82.03%和91.32%.钢渣对TP和可溶性反应磷(SRP)的平均去除率分别高达89.61%和96.77%,且净化效果稳定;无烟煤第2阶段对磷素的净化能力低于钢渣,之后与钢渣无显著性差异.在垂直流人工湿地中,针对水质特性选择长期高效的填料,如沸石、无烟煤和生物陶粒,在高水力负荷条件下可获得更好的处理效果.     

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.     

废砖块作为人工湿地填料的除磷能力研究

对废砖块的物理化学特性进行了分析,并对其进行了磷素吸附能力试验,结果表明,废砖块适于湿地微生物的富集和植物的生长且具有较高的磷素吸附能力.通过构建以废砖块为填料的垂直流人工湿地系统考察并初步探索了其对生活污水中磷素的去除效果和去除机制.结果表明,当水力负荷为5 cm·d-1、运行时间为1 a时,湿地系统除磷效率在90%以上,且效果稳定;废砖块的吸附沉淀作用是湿地系统除磷的主要途径,而植物和微生物直接吸收所起的作用不大;被截留磷素在湿地填料层中具有明显的空间特征,对废砖块中的无机磷形态分析结果表明,废砖块中能与磷素发生沉淀反应的元素含量和其在废砖块中的化学形态是影响其吸附沉淀磷素作用途径的重要因素.因此,废砖块是人工湿地污水处理系统构建过程中较为理想的填料.     

潜流人工湿地处理微污染河道水中有机物和氮的净化效率及沿程变化

摘要：以野外水平潜流芦苇砾石床人工湿地研究了湿地对微污染河道水的长期动态净化特性。2a多的运行结果表明,潜流湿地对污染物的去除性能存在波动、稳定过程。潜流湿地降解有机物和脱氮性能与植物生长和季节变化相关,其中植物生长和季节变化对湿地脱氮效能的影响大于对湿地去除有机物的影响。潜流湿地降解有机物的主要场所随运行时间沿程推移,启动期主要在湿地前部完成,稳定运行期主要在湿地的前、中部完成。湿地对有机物的去除率,在6.10%～37.83%之间变化。湿地运行期间,沿程水样C/N值基本大于5,碳源供应较充足。潜流湿地启动期TN平均去除率为15.51%,稳定运行期TN平均去除率为8.61%,低于启动期,整个运行期间湿地TN去除率不足40%。潜流湿地中硝化与反硝化反应在中部达到动态平衡,TN去除效率最高。稳定运行期间潜流湿地的前、中部耗氧强度最大,后部下层有明显硝化反应发生。潜流湿地对有机物降解、硝化与反硝化反应、TN去除具有沿程同步性。试验还初步发现,在植物生长旺盛的春夏季根系分泌的低分子有机酸对化能自养型硝化细菌可能有较大抑制作用,可能是影响脱氮效率提高的一个因素。     

垂直流人工湿地LDHs覆膜改性沸石基质强化除磷效果及其机制

采用碱性水热-共沉淀法,将6种金属化合物(CaCl2、ZnCl2、MgCl2、FeCl3、AlCl3、CoCl3)两两组合生成9种不同类型的层状双金属氢氧化物并覆膜于常用垂直流人工湿地沸石基质表面;利用分别填充原始沸石及9种LDHs覆膜改性沸石基质的模拟垂直流人工湿地小试系统进行除磷净化实验,并结合10种沸石基质的等温吸附实验结果,对LDHs覆膜改性沸石基质的强化除磷机制进行研究.结果表明,相对于原始沸石基质,9种不同组合方式生成的LDHs覆膜改性沸石基质除磷效果均有不同程度的提高;Zn2+参与合成的改性基质除磷效果优良,其中ZnFe-LDHs改性沸石基质对总磷、溶解性总磷及磷酸盐的平均去除率超过90%,其最大理论吸附量达到了原始沸石基质的3倍;LDHs覆膜改性沸石基质通过增加化学吸附容量、提高物理吸附能力达到强化除磷效果的目的.     

间歇曝气对人工垂直潜流湿地氮磷去除性能的影响

采用页岩和香蒲(Typha latifolia)构建人工垂直潜流湿地处理津河富营养化水体,研究间歇曝气对潜流湿地氮磷去除效果的影响.设计水力负荷800 mm/d,气水比5∶1.试验期间(2006-06～2006-11),氮磷月平均去除率在8月份达到最大值.与无曝气系统相比,中部曝气使氨氮(NH 4-N)、总氮(TN)、可溶性活性磷(SRP)和总磷(TP)月平均去除率分别提高10.1%、4.7%、10.2%和8.8%,底部曝气则为25.1%、10.0%、7.7%和7.4%,间歇曝气能够有效提高人工潜流湿地氮磷去除效率.曝气产生的有氧环境不利于硝酸盐氮(NO-3-N)去除,试验期间底部曝气和中部曝气NO-3-N月平均去除率一直低于无曝气系统.试验结束后收割香蒲地上组织(茎和叶),测定地上组织生物量及茎、叶中的氮磷含量,结果表明,间歇曝气虽然抑制香蒲地上组织生物量的增加,但却能够有效提高茎、叶中氮磷含量.与无曝气系统相比,通过收割香蒲地上组织可使TN去除分别增加11.6g·m-2(中部曝气)和12.6 g·m-2(底部曝气).     

垂直流人工湿地系统基质优化级配研究

选取生物陶粒、无烟煤、沸石、钢渣和蛭石为基质,按不同的级配方式填充成基质柱,进行垂直流人工湿地模拟柱净化污水实验.研究表明,粒径分层级配基质对COD的去除率均高于单一粒径基质,其中分层生物陶粒对COD的平均去除率高达72.91%.分层沸石对总氮的净化能力较单一粒径基质有所提高,平均去除率高达91.23%.填充了生物陶粒、沸石和无烟煤的模拟柱对有机物和氮的净化效果和单一基质没有显著性差异(p0.05).填充钢渣和无烟煤的模拟柱出水pH值均在正常范围内,但是除从上到下依次填充无烟煤、蛭石和钢渣的基质柱外,其它填充钢渣和无烟煤的模拟柱对磷素的净化能力都低于单一基质.种植植物对净化效果没有明显影响.在垂直流人工湿地中,针对水质特点选择高效的级配基质,如分层生物陶粒、分层沸石、分层无烟煤以及生物陶粒、沸石和无烟煤组合,在高水力负荷条件下可获得更好的处理效果.     

Zn系LDHs覆膜改性人工湿地沸石基质除磷机制

选择Zn系层状双金属氢氧化物(LDHs),采用水热-共沉淀法合成3种不同类型的Zn-LDHs(Fe Zn-LDHs、Co Zn-LDHs和Al Zn-LDHs)并覆膜于常用人工湿地沸石基质表面;利用模拟垂直流人工湿地小试系统,对原始沸石及3种Zn-LDHs覆膜改性沸石基质进行除磷净化实验、等温吸附-解吸实验以及动力学吸附实验,通过上述实验对以Zn-LDHs覆膜改性沸石基质为代表的改性基质除磷机制进行研究.结果表明,Zn-LDHs覆膜改性沸石基质对磷素净化效果具有明显的提升功能,其中以Fe Zn-LDHs覆膜改性基质尤为突出;改性使基质的饱和吸附容量得以提高,增强了基质对磷酸盐的解吸性能,并使沸石基质对磷酸盐的主要吸附类型由物理吸附向化学吸附转换;通过对沸石基质类型及其改性方式的合理选择,可达到利用沸石人工湿地强化除磷以高效净化富营养化水体的目的.     

新型人工湿地对磷的去除特征研究

人工湿地因其治理污染方面的诸多优势,为各国政府所重视。本研究通过设计6种新型人工湿地组合床试验,得出组合床对TP的去除率由大到小:再力花组合床>鸢尾组合床>鸢尾浮床组合床>菖蒲组合床>空白床>茭白组合床>美人蕉组合床;DIP去除率:再力花组合床>菖蒲组合床>鸢尾组合床>鸢尾浮床组合床>空白床>茭白组合床>美人蕉组合床。组合床对两种形态磷的去除率无明显的相关性。人工湿地去除磷污染相关研究中结合基质、水污染浓度和植物,特别是在植物选择中结合植物组织结构类型综合考虑组合达到最佳效果。