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).     

潜流人工湿地处理地下水TCE污染实验研究

分别构建无植物、宽叶香蒲和芦苇3组潜流人工湿地系统,研究潜流人工湿地对受到TCE(三氯乙烯)污染地下水的处理效果。实验结果表明:无植物湿地系统和芦苇湿地系统的出水TCE去除率波动较大,香蒲湿地系统出水TCE去除率相对稳定,其出水TCE平均去除率为77.7%,最大值为87.5%,最小值为70.7%。对于无植物湿地系统,湿地床中层和下层的TCE去除率相差较大,而该差异在香蒲和芦苇湿地系统中并不明显。在湿地系统中TCE沿水平方向的降解反应基本符合一级反应动力学模型。     

人工湿地基质微生物状况与净化效果相关分析

利用混菌法和稀释法,测定了不同植物以及无植物潜流水平湿地基质中微生物的数量.结果表明:不同植物湿地基质中微生物的数量差异不显著,有植物和无植物湿地的差别不明显;湿地基质中不同空间位置的微生物数量各不相同,一般上层多于下层;在湿地运行条件相对稳定的情况下,湿地基质中会逐渐形成数量和活性比较稳定的生物群落.分析了人工湿地基质中微生物数量与污水净化效果的关系.结果表明:微生物数量与BOD₅及TN的去除有显著的相关性,说明微生物的作用是去除它们的重要途径;基质微生物数量与TP的去除率相关性不明显.测定了湿地基质硝化速率,其硝化能力与亚硝化细菌的数量呈显著相关.      

人工湿地基质微生物状况与净化效果相关分析

了解微生物在湿地基质中的状况对理解人工湿地去除污染物机理具有重要意义。利用混菌法和稀释法，测定了不同植物以及无植物的潜流水平湿地基质中微生物的数量，研究了潜流水平湿地不同空间基质微生物的类群数量以及它们与污水净化效果的关系。结果表明，不同植物的湿地基质微生物数量差异不显著，有植物和无植物湿地的差别不明显；湿地基质中不同空间处微生物数量不相同，一般上层多于下层。在湿地运行条件相对稳定的情况下，湿地基质中会逐渐形成数量和活性比较稳定的生物群落。人工湿地基质中微生物数量与BOD5、TN的去除有显著相关性，说明微生物的作用是去除它们的重要途径；基质中微生物数量与TP的去除率相关性不明显，说明磷的去除尚有其他途径。测定了湿地基质硝化速率，硝化能力与亚硝化细菌的数量呈显著相关。     

水量衡算条件下人工湿地对有机物的去除研究

构建了芦苇和无植物2种人工湿地，在系统水量衡算的基础上比较了2种湿地对生活污水中有机物的去除效果。结果证明，在植物收割后的冬季，芦苇湿地对有机物的去除率低于无植物湿地系统约2％；在其他季节，芦苇湿地对污水CODcr的去除率比无植物湿地高出3.3％-5％。但对BOD5的去除率却比无植物湿地低了1.9％-2.7％。因此，芦苇湿地对有机物的去除效果比无植物湿地高，但提高不多。比较了2种系统的氧化还原电位，芦苇湿地比无植物湿地的高（P〈0.05），这种提高主要集中在湿地水面以下约10cm的深度；从整个湿地床体来看。2块连续运行的潜流水平湿地内部氧化还原状态大部分相同。主要是厌氧状态。比较了2种人工湿地基质中降解有机物的细菌，放线菌和真菌的数量，二者没有明显的差别。考察了湿地进水有机负荷与去除量的关系，二者呈现显著的线性相关性（R^2〉0.99）。     

季节变化及植物生长对人工湿地处理效率的影响

季节变化与植物生长状况直接影响人工湿地污染物净化效果。对两个人工湿地的芦苇、风车草、旱伞竹、美人蕉、香蒲、菖蒲及姜花生长状况(株高、冠幅、分蘖、底径)、地上部分生物量等植物生长状况数据进行了为期两年的观测与记录,同期对人工湿地、各工艺段的进水及出水进行了采样及监测。研究表明,湿地植物对污染物的迁移能力直接关系到湿地系统的运行效果,这种迁移能力与植物生长量、污染物蓄积能力和生物量的生产速度有关,同时,影响植物生长量的因素又都会影响植物对污染物的同化和迁移。在春季和夏季,植物生长迅速,TN、NH3-N去除率保持在60%左右,TP、COD去除率保持在50%左右。在秋季和冬季,植物逐渐衰败及死亡,TN、NH3-N、COD去除率仅为40%左右。     

湿地植物在城镇污水处理系统中的作用特性研究

将不同类型湿地植物如凤眼莲、荇菜、稗草、黑藻、皇竹草、美人蕉等,引入城镇污水处理系统,考察其对污染物的去除效果和在湿地组合系统中的作用特性。盆栽实验发现,虽然植物对污水N、P营养元素的直接去除率分别只有14.0%～59.4%和8.6%～55.2%,但植物通过过滤、截留及加强有机物降解转化的作用,对水体中污染物的去除具有协同效应,使水体N、P的总去除率分别达65.4%～83.8%和43.5%～69.5%。将植物引入组合处理系统,中试实验结果表明,水体TN、TP和COD月平均去除率分别高达80.4%、74.3%和81.3%。与常规生化处理系统相比,处理效果大为增强,生化反应的能耗相对减少,出水水质较稳定,使湿地组合系统成为一种去N除P,防止水体富营养化的有效处理方法。     

生物炭对人工湿地植物根系形态特征及净化能力的影响

构建了菖蒲人工湿地,通过向人工湿地中加入小麦秸秆生物炭、芦苇生物炭及木屑生物炭以研究生物炭对人工湿地中植物根系形态、溶解氧及净化能力的影响.结果表明,加入3种生物炭能显著增加人工湿地中菖蒲根的总根长、总投影面积、总体积、总表面积、根尖数、分枝数和根干重以及人工湿地中的溶解氧含量(P0.05);其中加入木屑生物炭后,菖蒲根的根长、投影面积、表面积、总体积、根尖数、分枝数和根干重分别增加了96.1%、106.2%、185.6%、172.5%、75.3%、121.5%和84.9%.加入生物炭后,菖蒲根系形态与人工湿地中溶解氧含量、总氮去除率、总磷去除率和COD去除率间均显著正相关(P0.05).在水力负荷0.022 m3·(m2·d)-1时,加入木屑生物炭显著增加了人工湿地对总氮、总磷和COD的去除率(P0.05).木屑炭有效地促进了人工湿地中植物根系的生长,增加了人工湿地溶解氧含量,提高了人工湿地的净化能力.     

潜流型人工湿地冬季污水净化效果

冬季通过对人工湿地系统采取保温措施,可有效维持和提高湿地内的温度,改善湿地净化效果;比较了种植不同植物湿地在不同运行方式下的污染物去除率.结果表明,通过控制湿地运行方式,可增高湿地系统温度和提高溶氧(DO)水平,从而提高COD、TN和TP的去除率;当水力停留时间(HRT)为5d时,湿地出水的TN和TP去除率分别达到72.5%和58.2%.     

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.      

植物光合特性及其对湿地DO分布、净化效果的影响

为了研究人工湿地中植物的光合特性及其对湿地系统中溶解氧(DO)分布和污染物净化效果的影响,通过中试试验考察了芦苇、美人蕉、空心菜、富贵竹等几种典型湿地植物的光合作用特性及其与湿地DO分布、污染物去除效果之间的关系,藉此优选湿地植物,改善DO分布,强化脱氮效果.结果表明,植物净光合速率(Pn)对DO分布影响显著,湿地中段DO浓度高于两端,证明了植物对湿地系统存在供氧作用,其中芦苇产氧输氧能力最强,为湿地首选植物;此外,Pn还与湿地TN、NH4 -N去除效果显著相关.因此,可通过优选光合产氧输氧能力强的植物或采用适当增加种植密度等方式加强供氧以强化脱氮效果.     

植物光合及蒸腾特性对湿地脱氮效果的影响

测定了芦苇光合作用及蒸腾特性随气象和水力条件的变化,及湿地相应的脱氮效率.采用相关系数法分析了芦苇光合及蒸腾特性与脱氮效率之间的关系.结果表明,芦苇的光合作用、蒸腾作用对湿地脱氮效果影响较大,随净光合速率和蒸腾速率的增加,湿地中DO浓度上升,改善了湿地脱氮效果;湿地水深影响芦苇水分利用效率和湿地脱氮效率,与浅水位比较而言,深水位下芦苇的水分利用率和湿地脱氮效率都得到了提高.     

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.      

人工湿地构型对水产养殖废水含氮污染物和抗生素去除影响

利用水平潜流人工湿地和下行-上行复合垂直流人工湿地净化水产养殖废水,研究水流方式、水力停留时间对水产养殖废水中含氮污染物、抗生素等典型污染物净化效果的影响.结果表明,复合垂直流人工湿地对含氮污染物具有较好的去除效果,对TN、NH_4~+-N的去除率在水力停留时间为3 d时可分别达到58%、80%.采用BIOLOG微平板技术和高通量测序对两个人工湿地入流端基质微生物群落的分析发现,复合垂直流人工湿地因其内部结构有利于水流流向及溶解氧条件使得微生物活性和多样性均较高,Nitrospira属分布较多是氨氮去除效果较好的主要原因.水力停留时间对NO_3~--N、NO_2~--N的去除有较大影响,维持在3~4 d对各类含氮污染物可获得较好的去除效果.采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法对抗生素去除效果进行研究发现,人工湿地构型对抗生素的去除效果差异不大,两种人工湿地对恩诺沙星的去除效果优于磺胺甲唑和氟甲砜霉素,当水力停留时间从1 d延长至3 d可提高磺胺甲唑的去除率至50%以上.     

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.     

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.     

春季人工湿地常用植物对总氮去除效果的数学模型研究

选取芦苇、菖蒲、美人蕉和香蒲等4种南京地区常见的人工湿地常用植物作为供试植物,对其在春季对生活污水总氮(TN)去除效果的数学模型进行研究.通过监测引种植物后污水中TN浓度,利用回归分析建立湿地植物去除污染物的数学模型.结果表明:在毒季种植植物后污水中的TN浓度按线性关系减少,其中芦苇、菖蒲和香蒲对污染物的去除效果明显,其直线的相关系数分别达到0.927,0.929和0.979;美人蕉在春季对TN的去除能力较差,其线性仅为0.561.     

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]     

调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的工程应用及评价

为评价调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的运行效果和经济效益,采用现场调研长期跟踪监测调蓄经济植物湿地进、出水水质和水量变化,深入探索其营养盐质量浓度分布特征及其去除效能.结果表明:①调蓄经济植物湿地能够有效截留营养盐,稳定出水水质,2015年7月-2017年4月出水ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Cr）平均值分别为1.2、0.07和17.0 mg/L,TN、TP和COD_Cr去除率分别为65.8%、75.5%和41.3%.②不同调蓄量下TN和TP去除率随着进水水量的增大而减小,表现为枯水期>平水期>丰水期;COD_Cr去除率与调蓄量之间呈负相关,表现为丰水期>平水期>枯水期;在调蓄经济植物湿地中单位面积TN、TP和COD_Cr去除负荷量表现为丰水期>平水期>枯水期.③调蓄经济植物湿地中莲藕、海菜花和螺蛳产量分别为26.25、22.50和2.46 t/（hm2·a）,氮、磷去除总量分别为275和30 kg/（hm2·a）.研究显示,调蓄经济植物湿地能够有效截留氮、磷,在不同水文期均有良好的净化效果,不仅具备景观效益,且具有良好的经济价值.