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.     

影响潜流人工湿地脱氮主要因素及其解决途径

文章综述了潜流人工湿地除氮的各种机理,包括基质吸附、植物吸收、氨挥发、硝化-反硝化等,其中硝化-反硝化是最主要的脱氮过程。在人工湿地脱氮工艺方面,短程硝化反硝化和厌氧氨氧化是今后研究的前沿。此外讨论了影响人工湿地除氮效率的主要影响因素,包括温度、溶解氧、pH、碳源、重金属、水力学因素等,其中碳源、重金属和水力学方面的影响是研究的热点和前沿。最后,进一步综述了提高人工湿地脱氮效率的研究方法,并对今后的相关研究方向进行了展望。     

碳源强化对人工湿地反硝化过程的影响研究

反硝化是人工湿地去除硝酸盐氮的主要机制,高含氮污水中低碳氮比是导致脱氮效果低的主要原因.研究了添加碳源对人工湿地反硝化过程的强化效果,结果表明,外界温度对湿地内的反硝化影响不大,而碳源则是重要的影响因素,对湿地投加碳源可以显著提高湿地的硝氮去除能力,在进水硝氮浓度25～45mg.L-1,24h水力停留时间的条件下,投加...     

碳源调控下复合垂直流人工湿地脱氮研究

碳源是制约生物脱氮效率的重要因素.我国城市污水碳源不足,需要考虑补充碳源提供反硝化电子供体.在复合垂直流人工湿地(IVCW)系统中,通过湿地特有的通气管补充碳源到湿地底部,改善了湿地内部微生物环境,强化了湿地脱氮功能,对氮的去除效率有显著提高.结果表明,葡萄糖作为外加碳源提高系统的反硝化能力要优于羧甲基纤维素(CMC),投加葡萄糖的系统比未补充碳源的系统脱氮效率有显著提高(p0.05).通过投加不同量的葡萄糖进行对比实验,发现对于处理量60 L.d-1的IVCW系统最佳葡萄糖投加量为1.5 g.此时C6H12O6∶NO3--N的质量比仅为4.3,这个投加量远低于在进水中为满足反硝化所需调控的C/N,因此通气管投加碳源的方式可节约外加碳源成本.此外,在进水前4h投加碳源要优于进水时加入碳源.     

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.     

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...     

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.      

人工湿地脱氮除磷强化技术研究

人工湿地作为一种新型污水生态处理工艺受到越来越广泛的重视,现在广泛应用于各类水体的处理,然而在实际应用中存在脱氮除磷效率偏低等问题,在一定程度上限制了应用,如何强化人工湿地脱氮除磷已成为近年来的研究热点.本研究从人工湿地工艺改进和创新、基质的选择与优化、植物的筛选与配置、设计及运行参数的优化等方面详细论述了人工湿地强化脱氮除磷技术,以期提高人工湿地脱氮除磷效率,为人工湿地技术优化与工程应用提供参考.     

内电解人工湿地冬季低温尾水强化脱氮机制

针对湿地冬季运行效率低、污染物去除能力差,本研究通过对比无植物湿地、普通湿地和内电解湿地冬季低水温下(3~12℃)对污水厂尾水的脱氮效能,深入分析其微生物群落结构组成,揭示内电解湿地的强化脱氮机制.结果表明,内电解湿地可以更好地利用尾水中碳源,脱氮效果优势明显,出水TN浓度维持在(9±0.29)mg·L~(-1),TN平均去除率达42.27%,比无植物湿地和普通湿地分别高出17.91%、17.33%.冬季低温条件下,内电解湿地微生物活性仍很高,荧光显色法测得微生物活性达到0.224 mg·g~(-1),分别是无植物湿地和普通湿地的2.6、3.4倍,反硝化强度分别是无植物湿地和普通湿地的2.8、3.3倍.高通量测序表明,内电解湿地基质微生物群落多样性优于无植物湿地和普通湿地.检测出的脱氮微生物主要有脱氯单胞菌、根瘤菌、生丝微菌、红杆菌,还有自养反硝化细菌产硫酸杆菌.内电解湿地在脱氮微生物总量上有明显优势,脱氮微生物占微生物总量的7.13%,分别是无植物湿地、普通物湿地的3.8、8.7倍,因而脱氮效率更高.     

不同香蒲预处理方式对水平潜流人工湿地脱氮的强化效果

针对水平潜流湿地脱氮过程中后端碳源不足导致反硝化脱氮效果不佳的问题,对湿地植物香蒲采用简单处理、酸热处理和碱热处理这3种预处理,探讨香蒲在不同预处理条件下静态释放规律和反硝化特性,基于碳源稳定释放特性及反硝化特性优选碱热处理香蒲作为人工湿地实验系统补给碳源,研究其对水平潜流人工湿地脱氮的强化效果.结果表明,香蒲不同预处理方式导致乙酸释放存在差异,造成碳源静态释放量存在明显差异,3种香蒲处理方式的平均COD释放量为碱热处理(89. 57 mg·L-1)酸热处理(67. 27 mg·L-1)简单处理(54. 45 mg·L-1).碱热处理香蒲硝氮去除率为75. 2%,明显高于酸热处理(67. 2%)和简单处理(23. 5%).水平潜流人工湿地中段投加碱热处理香蒲,能明显提高湿地脱氮效果,TN平均去除率对比空白对照湿地提高30. 3%,同时系统出水COD浓度不会显著提高,还能有效提高系统对污水中磷的去除效果,除磷效果相比空白组提高33. 9%.     

一株香蒲根际土壤脱氮菌株的脱氮特性及鉴定

从南四湖人工湿地植物香蒲根际土壤中分离得到一株反硝化XP1菌株,对其生态影响因子、反硝化能力、生长曲线进行了研究,并在实验室条件下利用菌株XP1反植于湿地植物香蒲根际土壤,考察对香蒲的强化脱氮作用.结果表明,XP1菌株反硝化作用的最佳碳源为柠檬酸钠;在pH值为7.0~9.0范围内有良好的脱氮效果,最佳pH值为8.0;最佳碳源与氮源比为7;最佳初始氮浓度为30mg/L.XP1菌株8h后进入指数增长期,最终总氮去除率可达90%以上.用该菌株强化香蒲脱氮,对于强化湿地脱氮工艺中亚硝酸盐的去除起主要作用,在相同条件下总氮去除率由46%提高到90%以上,强化脱氮作用明显,有良好的实际应用前景.通过形态观察,XP1菌株为短杆状革兰氏阴性菌,大小约(0.25~0.3)′(0.6~0.8)mm;经16S rRNA基因测序、系统发育树分析,XP1菌株为类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.).     

碳氧调控下人工湿地净化效果的协同与拮抗研究

从人工湿地脱氮效果的重要限制因子——溶解氧和碳源着手,构建了一种人工湿地碳氧联合调控脱氮系统,研究了曝气、碳源投加、碳氧联合调控下人工湿地的净化效果.结果表明,曝气促进了TSS、COD、TN、NH4+-N、TP的去除,但夏季时会导致NO3--N的积累;碳源投加提高了TN、NO3--N的去除,但冬季时会导致COD去除率的下降.碳氧联合调控下人工湿地对TN、NO3--N的去除表现出协同作用,对NH4+-N、COD的去除表现出独立作用,而对TP、TSS的去除表现出一定的拮抗作用.另外,对于以氨氮为主的“低碳高氮”污水,人工湿地碳氧联合调控系统脱氮效率达87.3%,可见该强化系统适用于“低碳高氮”污水的处理.     

树皮填料补充碳源人工湿地脱氮初步试验研究

人工湿地可应用于城市污水厂出水深度处理和农业污染治理,但反硝化碳源不足问题制约了其脱氮能力.本试验利用树皮作为垂直流人工湿地强化反硝化脱氮填料,分析了水力负荷、硝酸盐负荷以及pH对人工湿地脱氮效果的影响.结果表明,人工湿地可以达到预期的反硝化水平,反硝化速率随水力负荷、硝酸盐负荷的增加而增大,去除率随两者的增加而减小,...     

潜流构造湿地去除农田排水中氮的研究

对潜流构造湿地处理农业面源污水的脱氮效果进行了中试研究.研究证明潜流湿地氮去除效率和水力停留时间呈正相关关系,芦苇床的脱氮效果明显好于茭草床和空白床,名义水力停留时间大于5d时,芦苇、茭草潜流湿地脱氮效率可以达到60%以上.氮的去除满足一级推流反应动力学关系,空白床、芦苇床和茭草床的一级反应动力学常数K分别为0.14、0.26和0.20d^-.微生物的反硝化是人工湿地脱氮的主要途径,植物吸收总氮量仅占入水量的15%左右.     

NO3--N负荷对树皮填料人工湿地早期反硝化及释碳速率的影响

为了将污水厂尾水作为再生水进行利用,常常需要对尾水进行深度脱氮,针对尾水的水质特征,在深度脱氮时常常需投加碳源.试验采用树皮作为填料,兼作脱氮的缓释碳源,进行树皮填料人工湿地深度脱氮模型试验,研究进水NO_3~--N负荷对反硝化和树皮释放碳源的影响.结果表明,树皮填料人工湿地可稳定脱氮;反硝化速率遵循Monod关系式,随进水NO_3~--N负荷增大而递增,饱和常数KS=19.10 mg·L~(-1);硝氮去除率随进水NO_3~--N负荷增大而减小;在树皮填料人工湿地运行早期,树皮释碳总量、树皮释碳速率随进水NO_3~--N负荷增大而递增,与进水NO_3~--N均呈线性正相关;树皮静态释碳速率为0.2 mg·(g·d)-1,与腐朽木等中空松散的植物碳源相比,碳源缓释性能较好,释碳周期较长,是良好的缓释碳源.     

芦苇潜流人工湿地氮转移规律的定量分析

以大量试验资料为基础,对潜流型人工湿地的脱氮途径及规律进行了定量分析,并进行了脱氮机理的探讨.定量分析结果表明:潜流型人工湿地中,氨氮最大挥发量低于进水总氮的0.5%;湿地经过长期运行,基质吸附表现为惰性,仅为植物和微生物生长提供中介和场所;植物直接吸收量约占进水总氮的11%;微生物降解量约占进水总氮的50%,其中附着于基质表面的微生物降解量约为31%,附着于植物根系的微生物降解量约为19%.可见,微生物在潜流型人工湿地脱氮中起主导作用,植物的存在则进一步强化了微生物的作用.     

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.     

人工湿地系统中氮、磷迁移转化规律试验研究

基于美人蕉垂直流人工湿地装置,研究废水中不同形态的氮和磷在人工湿地中的迁移转化规律,探讨人工湿地在脱氮除磷过程中填料、植株与微生物之间的关系和作用.结果表明,湿地装置1#出水口中各种污染物的去除效率均优于其他出水口,处理效果总体上沿程下降;装置中的基质对废水中氮、磷的吸附能力在湿地运行初期最强;美人蕉对氮、磷的累积量地上部分为1 407.68 mg/m2和260.52 mg/m2,地下部分为460.76mg/m2和62.01 mg/m2.表明植物对氮、磷污染物的吸收主要集中在地上部分.     

电解强化人工湿地处理低碳氮比污水的效能及机制

针对人工湿地对低碳氮污水处理效果差这一问题,本研究构建了电解强化潮汐流人工湿地系统,通过对比电解强化前后湿地系统脱氮除磷的效果,从微生物群落结构及污染物电化学去除机制等角度揭示电解潮汐流人工湿地强化脱氮脱磷的机制.研究结果表明：电解潮汐流人工湿地对废水中NH₄⁺-N、TN和TP的去除率（分别为88.30%、82.10%和87.74%）均高于未强化的湿地系统.纯电解过程对氨氮的去除没有影响,但是对硝态氮具有还原作用.相比于未强化的湿地系统,电解潮汐流人工湿地阳极附近基质中含有更多的铁氧键、磷氧键、羟基聚合铁等含磷沉淀物,细菌群落结构更为丰富多样,异养反硝化细菌和基于氢气的自养反硝化细菌（Rhodoblastus）丰度都较高,从而实现氮磷的高效同步去除.     

垂直流人工湿地强化地表径流脱氮的研究

为提高垂直流人工湿地脱氮效果,作者选择分层进水、添加缓释碳源和降低淹水高度3种措施进行强化脱氮处理。结果显示,在进水浓度相同的条件下,3种措施均增加了沿程COD的浓度和碳源,但并未导致出水COD浓度的升高。降低淹水高度对总氮的去除效果最为明显,去除率可达86.4%,出水浓度只有1.8 mg/L。当降低淹水高度时,水力负荷和污染负荷对硝氮和亚硝氮沿湿地深度的变化影响较小,且不存在显著性差异(p0.05)。