Pollutant removal from municipal wastewater employing baffled subsurface flow and integrated surface flow-floating treatment wetlands

This article reports pollutant removal performances of baffled subsurface flow, and integrated surface flow-floating treatment wetland units, when arranged in series for the treatment of municipal wastewater in Bangladesh. The wetland units （of the hybrid system） included organic, inorganic media, and were planted with nineteen types of macrophytes. The wetland train was operated under hydraulic loading fluctuation and seasonal variation. The performance analyses （across the wetland units） illustrated simultaneous denitrification and organics removal rates in the first stage vertical flow wetland, due to organic carbon leaching from the employed organic media. Higher mean organics removal rates （656.0 g COD]（m2.day）） did not completely inhibit nitrification in the first stage vertical flow system; such pattern could be linked to effective utilization of the trapped oxygen, as the flow was directed throughout the media by the baffle walls. Second stage horizontal flow wetland showed enhanced biodegradable organics removal, which depleted organic carbon availability for denitrification. The final stage integrated wetland system allowed further nitrogen removal from wastewater, via nutrient uptake by plant roots （along with nitrification）, and generation of organic carbon （by the dead macrophytes） to support denitrification. The system achieved higher E. coli mortality through protozoa predation, E. coli oxidation, and destruction by UV radiation. In general, enhanced pollutant removal efflciencies as demonstrated by the structurally modified hybrid wetland system signify the necessity of such modification, when operated under adverse conditions such as： substantial input organics loading, hydraulic loading fluctuation, and seasonal variation.     

水淬渣人工湿地强化除磷作用研究

研究了水淬渣的磷吸附-解吸效果,构建了以水淬渣为主要基质的模拟垂直流人工湿地系统,分析了水力停留时间(HRT)和污染负荷变化对污水中磷去除的影响,探讨了湿地上行、下行流单元各层基质的除磷贡献.结果表明,水淬渣基质的磷饱和吸附量为3 333 mg.kg-1,其水溶性钙含量为0.084%,pH值为7.54,适合作为湿地除磷基质.HRT与磷除去率呈正相关,当HRT从1 d缩短为0.5 d时,TP去除率降低5.9%~4.7%,当HRT从2 d缩短为1 d时,TP去除率降低2.4%~4.7%,HRT为1 d条件下,水淬渣湿地的磷去除率>85%,说明无限延长HRT无益于强化除磷,适宜的HRT为1 d.在进水浓度稳定的条件下,进水污染负荷与磷去除率呈负相关,当污染负荷范围在12.2~36.8 g.(m2.d)-1时,水淬渣湿地的磷除去率可维持在85%,当污染负荷达到48.9 g.(m2.d)-1后,水淬渣湿地的磷除去率下降至65%,当污染负荷<36.8 g.(m2.d)-1时,水淬渣湿地的磷去除率>82%,说明高污染负荷可抑制基质表面及孔隙中Ca、Al等吸附磷的活跃位点,适宜的进水污染负荷为24.5~36.8g.(m2.d...     

北方地区受污染河湖水体潜流湿地净化技术研究与工程应用

结合实验研究和工程应用实践,在湿地填料选择、水力负荷变化、植物特性、结构优化、越冬运行等方面,对我国北方地区潜流人工湿地设计、建设、运行管理中的关键技术问题开展了系统、深入研究.结果表明:石灰石、粗砂等脱氮除磷综合效果较好,且取材方便、价格便宜,应是人工湿地主选填料,钢渣、褐铁矿除磷效果良好、沸石的氨氮吸附能力强,可作为辅助材料;湿地植物对水质净化贡献约为5%～15%,其地上部分的生物量移除贡献不足5%,湿地植物对系统水力负荷维持、冬季保温、生态景观等还具有较大贡献;以植物保温为主,结合冰下取水、水位管理等可实现北方地区潜流湿地冬季正常运行;优化提出了竖向复合流湿地结构,具有节约用地、硝化-反硝化作用效果显著、抗淤堵等特点.研究成果已在工程实践中得到成功应用,对人工湿地在我国北方地区的推广应用具有重要借鉴意义.     

多塘湿地对降雨径流的截留特点

为考察降雨过程对径流发生的影响及其对多塘湿地进出水水质、水量的影响,基于2017年8月25日和9月6日两次降雨过程中湿地进出水水质水量长时间的变化特征,探究降雨过程中湿地水质水量变化及污染物净化特征. 结果表明:①多塘湿地进水量峰值出现的时间滞后于降雨雨强峰值及累计雨量峰值. 降雨雨强对湿地进水量影响不显著,而累计雨量影响径流的产生量,进而影响湿地进水量,造成湿地水力负荷急剧上升,最高达2.45 m3/(m2·d). 降雨过程中多塘湿地水位上升,水深加深,有效容积增大,水力停留时间延长. ②进水水质变化随降雨过程无显著规律,但进水污染物负荷量始终大于非降雨期,说明降雨期间径流污染仅采用污染物浓度洪峰控制是不充分的,特别是雨季降雨频繁的地区,应重视污染负荷对多塘湿地净化效能的影响. ③降雨期间多塘湿地对径流污染有良好的截留作用,TN、TP去除率分别为33.6%~88.7%和25.2%~78.0%. 研究显示,进水水力负荷的增加增强了湿地的扰动,导致部分单元污染物出口浓度高于进水,但由于调蓄塘-表流湿地-塘-生态浮床-稳定塘耦合工艺的梯级单元有助于湿地系统对污染物消纳截留,增强了湿地对降雨径流的截留稳定性.      

垂直流人工湿地系统中水流规律的研究

对一种新型的垂直流人工湿地系统的水流特性进行了研究。考察了系统的运行状况及介质中滞留区的分布范围，并且运用化学工程中反应器理论，采用示踪剂试验的方法得到了垂直流人工湿地系统的停留时间分布与污水的实际停留时间。根据水流停留时间分布函数对系统实际液流流态进行了数学模拟，提出二级串联的理想完全混合反应器（CSTR）模型能够较好地模拟垂直流人工湿地系统中水流的流动形态。     

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.     

Performance assessment and microbial diversity of two pilot scale multi-stage sub-surface flow constructed wetland systems

This study assessed the performance and diversity of microbial communities in multi-stage sub-surface flow constructed wetland systems(CWs). Our aim was to assess the impact of configuration on treatment performance and microbial diversity in the systems. Results indicate that at loading rates up to 100 g BOD5/(m2·day), similar treatment performances can be achieved using either a 3 or 4 stage configuration. In the case of phosphorus(P), the impact of configuration was less obvious and a minimum of 80% P removal can be expected for loadings up to 10 g P/(m2·day) based on the performance results obtained within the first16 months of operation. Microbial analysis showed an increased bacterial diversity in stage four compared to the first stage. These results indicate that the design and configuration of multi-stage constructed wetland systems may have an impact on the treatment performance and the composition of the microbial community in the systems, and such knowledge can be used to improve their design and performance.     

人工湿地处理污染河水的持续性运行研究

中国北方地区城市纳污河道内的污染河水具有水量、水质、水温季节性变化大的特点,这给人工湿地污染河水处理系统的持续性运行造成很大困难.通过1a多的连续性运行,对潜流人工湿地污染河水处理系统的可持续运行问题进行了系统研究,年平均水力负荷为15 cm/d.结果表明,季节变化对氨氮的去除效果影响很大,夏季氨氮去除效果良好,去除率达70%以上,而冬季水温降低到15℃以下时,氨氮去除率降低到30%以下,但季节变化对COD去除效果的影响较小.人工湿地在夏季雨季时期可以承受较大的短期洪水水力冲击负荷,在100 cm/d的负     

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.     

垂直流湿地处理低浓度生活污水的水力负荷

在5种水力负荷条件下,采用连续进水、间歇排水的运行方式,对2种垂直流湿地处理低浓度生活污水的去除效果进行了研究.结果表明,在水力负荷为0.085,0.106,0.141,0.212m³/(m²d)的条件下,多层填料(1#)湿地和双层填料(2#)湿地对COD_Cr和NH_{4⁺-N的去除无明显差异,出水CODCr和NH4⁺-N浓度均低于30mg/L和5mg/L.两垂直流湿地CODCr净化负荷与有机污染负荷之间呈显著的正相关关系(n=4R2>0.98).垂直流湿地中氮的去除主要是依靠微生物的硝化和反硝化作用;进水水质、水力负荷和温度等影响湿地系统硝化和反硝化作用的进行,水力负荷为0.141m³/(m²d)时,总氮(TN)去除效率与有机污染负荷呈正相关.}     

复合垂直流构建湿地中有机质积累与基质堵塞

利用灼烧失重研究了复合垂直流构建湿地小试及中试系统中有机质的积累规律及其与湿地基质堵塞的关系,通过示踪剂实验测定了堵塞前后系统水力停留时间的变化.结果表明,有机质主要积累在基质表层和上层0～50mm处且有机质积累主要发生在下行池.有机质含量与基质深度负相关,基质表层有机质含量明显高于其他各层.湿地系统中有机质含量与基质渗透系数呈明显的负相关性,有机质含量越高,基质渗透系数越小,说明有机质积累是导致构建湿地堵塞的一个重要原因.复合垂直流构建湿地堵塞后,其水力特征发生了改变,延长了该系统的实际水力停留时间.     

不同进水方式人工湿地除污效率对比分析

研究了人工湿地在间歇流、连续流进水方式下处理生活污水的效率．并进行了对比分析。在平均水力负荷4.8cm／d时，间歇流和连续流人工湿地COD平均去除率分别为78％和64％；NH3-N平均去除率分别为60％和44％；TP平均去除率均为53％。结果表明，间歇流进水能够提高床体内的含氧量，缓解植物根系放氧不足．提高了污染物去除率。     

处理含油地表水体的潜流湿地填料筛选及其性能评价

采用包括填料表面微观特征、元素构成、吸附性能、微生物附着生长性、经济性等因素的填料性能评价方法,对处理含油地表水的潜流湿地填料进行评价与筛选.静态吸附试验表明,各种填料对磷的吸附能力为炉渣＞陶粒＞沸石＞砾石＞砖块＞卵石,对石油类的吸附能力为炉渣＞陶粒＞砖块＞沸石＞砾石＞卵石;动态吸附试验表明,各种填料床对石油类的去除效果为炉渣床＞砾石床＞湖泊底泥床;放置在污染水体中的填料表面微生物总数和烃降解菌数量为砖块＞沸石＞砾石,陶粒和炉渣＞卵石.根据上述评价结果,选择总体性能较好的砾石、炉渣、砖块和沸石作为潜流湿地现场试验系统的填料.     

不同植物人工湿地净化效果及基质微生物状况差异分析

为研究不同植物对人工湿地污染物净化效果和基质微生物状况的影响,采用序批式运行的沙培模拟人工湿地,探讨了菖蒲、香蒲、千屈菜、芦苇和白鹤芋5种湿地植物在不同HRT(水力停留时间,分别为1,3和5 d)下对模拟废水中TP,NH₄+-N和COD_Cr去除效果的影响,比较了不同植物类型模拟人工湿地中基质微生物的数量差异. 结果表明,不同植物系统对污染物的去除随HRT延长逐渐提高,HRT为5 d时各植物系统对污染物的去除效果最佳.TP,NH₄+-N和COD_Cr的最高去除率分别达90.4%,61.7%和96.4%.相对于其他试验系统,菖蒲系统对各污染指标均具有最优的去除效果. 植物种类对基质微生物数量的影响无显著差异.研究还发现,各系统中亚硝酸细菌数量与NH₄+-N去除率之间呈显著相关.      

潜流人工湿地改善官厅水库水质试验研究

为确定利用人工湿地改善官厅水库水质工程所需的设计参数,在官厅水库岸边建立了人工湿地,开展了潜流人工湿地系统处理官厅水库水的试验研究.试验表明,在水力负荷率为0.15～0.45m/d时,夏季COD_Mn和NH₄⁺-N的去除率分别为50%和70%;冬季,分别可达到15%和50%,去除率随水力负荷率的提高和水温的下降而降低.由于渗漏和蒸发及植物蒸腾作用,系统的出水量为进水量的60%.研究结果表明,潜流人工湿地系统对微污染地表水有较好的净化效果,该系统在冬季低温条件下仍可以正常运行.     

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).     

人工湿地组合工艺对水体中浮游动物群落结构的影响

研究了在不同水力负荷条件下［0.6 m³·(m²·d)^-1,0.8 m³·(m²·d)^-1,1.0 m³·(m²·d)^-1］,人工湿地组合工艺系统对浮游动物群落结构的影响和在相同的水力负荷下,人工湿地组合工艺系统对浮游动物群落结构影响的季节性变化.结果表明,在水力冲击负荷为0.8 m³·(m²·d)^-1时对浮游动物群落结构的影响相对较大;春、夏、秋季的作用强于冬季,而秋季对浮游动物群落结构的影响最大;对大型浮游动物的影响大（去除率≥70％）,对小型浮游动物的影响相对小一些,湿地出水中出现了一些进水中没有的种类;稳定塘的存在对浮游动物的群落结构变化起到了缓解作用,组合工艺（下行流湿地→兼性塘）的作用效果较弱;下行流→上行流湿地→推流床湿地和下行流湿地→推流床湿地的作用效果较强,对浮游动物的影响较大.     

人工湿地去除抗生素抗性基因的研究进展

抗生素抗性基因（ARGs）在环境中的污染现状和危害逐渐受到重视.常规的水处理工艺在减少抗生素耐药菌（ARB）方面表现出非常好的效果.然而,即使在消毒过程中ARB完全失活,产生游离的ARGs也可能通过转化或转导等手段整合到其他微生物体内,使ARGs在环境中传播和扩散.因此,需要有特定的工艺处理废水中的ARGs.人工湿地是目前有效且经济环保的废水处理工艺,并且已有大量研究表明在去除抗生素和ARGs方面有显著效果.通过综述目前国内外人工湿地水处理系统对ARGs的去除效率的研究进展,结果表明,潜流人工湿地相较于表面流人工湿地对ARGs的去除效率更高.人工湿地对ARGs的去除效率因人工湿地强化类型、植物、温度和pH等因素而异,在去除环境中ARGs的应用有广阔的前景,同时也面临挑战.     

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的研究进展及展望

人工湿地（CW）与微生物燃料电池（MFC）的耦合系统是一种新型的生物电化学系统。该系统可以在生物产电的同时进行废水处理。结合近年来对人工湿地-微生物燃料电池耦合系统（CW-MFC）的系统产电和污染物降解性能的研究,综述了CW-MFC系统的最新研究进展,主要从系统结构（湿地植物、微生物、电极材料、基质材料）和影响系统运行因素（水力停留时间、溶解氧、有机负荷及废水成分、氧化还原电位）2个方面概述。最后总结了CW-MFC面临的挑战及今后的发展方向,并展望了该系统的研究潜力。     

模拟分析白骨壤湿地系统中Ni的分配循环及其净化效果

在温室中建立红树林植物白骨壤模拟湿地系统,分别用正常、5倍和10倍浓度的人工配置的城市污水每周定时定量对模拟系统污灌2次,用海水作对照,持续1 a.研究重金属Ni在系统中的分配、循环和被净化的效果以及系统对Ni的承受能力.结果表明：加入系统的Ni主要留存在土壤中,很少迁移到植物体和凋落物中.模拟系统对重金属Ni的净化效果显著,达到92%以上.根据物质平衡模型计算得土壤子系统Ni的环境容量较大,因此整个模拟系统对Ni污染的承受力较大.