稳定表流-潜流组合人工湿地系统处理生活污水的研究

设计并建造了由集水池、厌氧池、稳定表流人工湿地(FSSFW)、水平潜流人工湿地(SFCW)组成的稳定表流-潜流组合人工湿地系统,该系统依据地势建造,污水依靠重力流动,经过1个月驯化后,用于生活污水净化的中试研究。在设计水力负荷〔0.108 m³/(m²·d)〕和高水力负荷〔0.180 m³/(m²·d)〕时,分别监测各单元及系统对悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、氨氮(NH₃-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的去除效果。结果表明:在设计水力负荷下,系统对SS、COD、NH₃-N、TN和TP的平均去除率分别为91.6%、81.2%、87.7%、77.3%和86.3%,其中FSSFW对SS和COD的去除率均值高于SFCW和厌氧池,SFCW对NH₃-N、TN和TP的去除率均值高于厌氧池和FSSFW,厌氧池对各污染指标去除的贡献最小;在高水力负荷下,系统对SS、COD、NH₃-N、TN和TP的去除率分别为91.2%、73.1%、84.2%、69.0%和82.7%,SFCW对SS、COD、NH₃-N和TN的去除起主要作用,FSSFW和SFCW对TP去除的贡献无明显差别,而厌氧池对各污染指标去除的贡献最小。该组合人工湿地系统在夏季运行的水力负荷可设为0.108~0.180 m³/(m²·d),冬季应严格按照设计水力负荷运行。在设计水力负荷下,系统出水各项指标均能稳定达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。     

微污染饮用水源水潜流人工湿地预处理的效能研究

以济南玉清湖水库为例,采用水平潜流人工湿地系统对沉砂后的微污染黄河水进行了预处理试验,考察了湿地系统对污染物的去除效率及其变化趋势.同时,根据实验数据,构建了潜流人工湿地系统COD、TN、TP的一级动力学模拟方程.结果表明,水平潜流人工湿地系统对COD、TP、TN和NH4+-N的平均去除率分别为49.89%、50.44%、53.41%和48.45%;人工湿地对污染物的处理是物理、化学和生物及其协同作用的过程.人工湿地沿程及不同高度污染物浓度变化试验结果表明,人工湿地系统对污染物的降解沿人工湿地水流方向逐渐降低,污染物主要在人工湿地床体前部被去除,潜流人工湿地床体上部对污染物的去除效果更好.     

潜流人工湿地填料及其去除污染物机理研究进展

填料是人工湿地特别是潜流人工湿地床体的主要介质,是湿地物理、化学、生物作用发生的主要载体,对湿地去除污染物的效果有决定性影响。从填料的来源、物理性质、化学组成等方面对实际应用中常见的天然产物类填料、工(农)业副产物类填料和人工制备类填料进行综述,总结了填料对水中污染物的主要去除机理,包括吸附-共沉降、离子交换、缓释碳源-电子供体、氧化还原作用;讨论了潜流湿地填料对氮、磷、重金属污染物的去除能力,并对比了不同填料的污染物去除效果;最后对潜流湿地填料选择和今后相关领域研究方向进行了展望,以期为人工湿地和污水处理技术进一步发展提供相关科学指导和理论依据。     

人工潜流湿地处理稠油采出水的实验研究

人工潜流湿地由3个面积各为900m^2的芦苇床组成，平均布水量分布为6m^3/d、18m^3/d和30m^3/d，进水污染物平均浓度为：COD401．08mg/L,BOD531.88mg/L，矿物汨油24．67mg/L，TN11．67mg／L，经潜流湿地处理后上述污染物分别减少了COD67．25％－80．77％，BOD580．02％－89．05％，石油类78．00％－88．45％，TN75．32％－82．43％，经检测，试验期间潜流湿地的渗透率为0．52m/d，在这种条件下潜流湿地的耐冲击负荷强，出水水质稳定。     

自动增氧型潜流人工湿地处理农村生活污水的研究

采用人工配水模拟太湖地区农村生活污水水质,利用改进的自动增氧型潜流人工湿地对其进行处理,结果表明:COD、NH4 -N、TP进水浓度分别在132.4～392.6mg·L-1、21.58～50.26mg·L-1、3.60～13.17mg·L-1范围内变化时,COD、NH4 -N、TP的去除负荷随着进水浓度的升高而增大,其最高去除负荷分别为226.38 kg·d-1·hm-2、44.40 kg·d-1·hm-2、10.44 kg·d-1·hm-2,相应的去除率为89.45%、88.93%、90.25%,且系统有较强的抗冲击负荷能力.     

微氧+人工湿地组合工艺处理生活污水的试验研究

通过微氧+人工湿地组合工艺对生活污水处理效果的研究,认为该工艺是比较适合农村生活污水处理应用的工艺组合。微氧预处理对COD的平均去除率在30%以上,人工湿地水力负荷为0.2 m3/(m2.d),对COD的平均去除率在60%以上,对NH3-N的平均去除率在30%～40%,该工艺组合的运行费用为0.15～0.20元/t(污水自流进入系统情况下)。     

垂直潜流人工湿地堵塞及其运行效果影响研究

在净化猪场沼液中开展了垂直潜流人工湿地堵塞过程及其运行效能变化的研究.结果表明,人工湿地堵塞的主要成因是由于填料层中不可滤过性物质的积累所致.不可滤过性物质是由有机物和无机物组成,且大部分不可滤过性物质的粒径均超过5.00 μm.填料层的孔隙率和水力传导系数均随系统运行时间的延长而减小,而填料层中被截留物质的含量则随系统运行时间的延长而增大,其空间变化特征均受到了系统中水力流态的影响;当系统HLR为0.02m3/(m2·d)时,VSSF在运行1380d后对猪场沼液的净化开始恶化,系统对COD、TSS、TN、NH4+-N和TP的去除率分别降至37.31%、57.82%、20.80%、32.13%和51.18%.     

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.     

轮休措施对堵塞型垂直潜流人工湿地的影响

采用不可滤物质的定量化分析方法研究了采取轮休措施对人工湿地堵塞程度的改善效果,同时分析了轮休措施对垂直潜流人工湿地污染物去除效果的改变和植物生长的影响.结果表明,轮休措施对解决人工湿地的堵塞有明显地改善,采取轮休措施后单位基质中的不可滤物质含量较轮休前有所降低,其中不可滤有机物减少量十分明显,不可滤无机物量在短期和长时间轮休前后分别表现出基本稳定和较大幅度降低的特性;短期轮休后COD、TP和TN的去除率都较轮休前有所降低,氨氮的去除率在人工湿地轮休后较轮休前高;应结合人工湿地的基质、植物种类调整运行工况,进行不同时间长度和方式的轮休,以确保植物生长不受该措施的影响.     

强化曝气对潜流人工湿地堵塞物分布规律的影响

构建曝气及未曝气潜流人工湿地小试实验系统,研究曝气对人工湿地堵塞物组分及分布规律的影响.结果表明:两系统中堵塞物组成均以无机物为主,曝气对堵塞物累积总量影响不大,但对堵塞物化学组分影响较大,使堵塞物中有机物组分比例降低.未曝气及曝气系统堵塞物平均累积量分别为5.18 mg·g~(-1)及5.21 mg·g~(-1),有机物所占比例分别为28.4%和15.6%.曝气对堵塞物在水平及深度方向的分布影响不大,两系统均表现为底层累积物含量略高于表层,出水端累积物含量略高于进水端.电镜及能谱分析结果显示,受溶解氧因素的影响,两系统中表层填料元素种类均较底层丰富,且曝气系统较未曝气系统丰富.     

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.     

冲击负荷下水平潜流人工湿地水流规律研究

在示踪剂试验的基础上,利用水力停留时间分布（RTD）,探讨了冲击负荷下水平潜流人工湿地的水流规律.结果表明：水平潜流人工湿地在恒定负荷和冲击负荷条件下的实际平均停留时间均大于表观停留时间,混合效应是导致流态偏离理想推流态的主要原因;水力冲击使入流污染物（包括冲击前、冲击中以及冲击后进入的污染物）在系统内部的接触反应时间缩短,其中峰值时间、最短停留时间和实际平均停留时间的相对大小依次均为：恒定负荷＞冲击负荷后＞冲击负荷前＞冲击负荷中;采用基于动态流量的时间变量进行归一化处理后的RTD对人工湿地所处的水力负     

垂直潜流人工湿地低温净化效果及其与微生物作用关系

人工湿地净化过程受基质、微生物及植物的多重作用,但有关湿地系统水质净化效果与微生物之间的关联及响应机制的认识较为匮乏.本文针对垂直潜流人工湿地,分析了其低温条件下水质净化效果,通过16S rDNA扩增子测序技术,在OTU水平上利用微生物丰度聚类热图和基于Bray-Curtis距离的NMDS分析,揭示了湿地基质微生物群落结构的时空变化及其与主要水质指标之间的相互作用关系.结果表明,湿地对TN、COD的去除效果较好,但对TP的去除效果不佳.基质微生物群落时空变化显著,与湿地净化效果密切相关,革兰氏阴性菌门类众多和假单胞菌属相对丰度较低,分别是TN去除效果较好和TP去除效果不佳的重要原因.COD、DO是影响微生物群落的主要因子,而氮含量在一定程度上影响脱氮微生物的活跃度.基质微生物在湿地运行2周后,对污染物去除的介导作用稳定,建议设立这一关键时间点,并辅以菌群、碳源投入等措施,提升湿地的净化效果.     

Hybrid constructed wetlands for highly polluted river water treatment and comparison of surface- and subsurface-flow cells

A series of large pilot constructed wetland （CW） systems were constructed near the confluence of an urban stream to a larger fiver in Xi＇an, a northwestern megacity in China, for treating polluted stream water before it entered the receiving water body. Each CW system is a combination of surface- and subsurface-flow cells with local gravel, sand or slag as substrates and Phragmites australis and Typha orientalis as plants. During a one-year operation with an average surface loading of 0.053 m3/（m2.day）, the overall COD, BOD, NH3-N, total nitrogen （TN） and total phosphorus （TP） removals were 72.7% ~ 4.5%, 93.4% ＋ 2.1%, 54.0% ＋ 6.3%, 53.9% ~ 6.0% and 69.4% ：t： 4.6%, respectively, which brought about an effective improvement of the fiver water quality. Surface-flow cells showed better NH3-N removal than their TN removal while subsurface-flow cells showed better TN removal than their NH3-N removal. Using local slag as the substrate, the organic and phosphorus removal could be much improved. Seasonal variation was also found in the removal of all the pollutants and autumn seemed to be the best season for pollutant removal due to the moderate water temperature and well grown plants in the CWs.     

The study of wintertime heat preservation measures constructed wetland in northern China subsurface flow

人工湿地作为一种造价较省,运行成本低的污水处理技术,目前已经得到了广泛的应用.但是在北方地区,人工湿地受到冬季气候影响,无法正常运行,降低了它的使用效率.试验针对北方冬季低温环境下,人工湿地无法正常运行的问题,对3种不同的保温措施进行历时两年的对比试验,通过对TP、TN、NH4＋-N和COD等4种主要污染物和人工湿地出水水温的跟踪监测,检验了不同保温措施的效果.试验结果表明：在冬季,使用薄膜法保温措施的处理系统中,COD、TN和NH4＋-N的去除率分别为30%～45%、40%～60%和35%～60%,比温棚法和冰封法的出水中污染物去除率高10%～20%.TP在出水中含量波动较大,去除率为19%～70%,伴有磷释放现象,但是在薄膜保温下TP的去除效果也要好于温棚和冰封.经过SPSS16.0分析,薄膜保温的人工湿地出水水质与冰封和温棚法相比具有显著性差异.在对人工湿地曝气槽和出水口的污水水温进行监测发现,利用薄膜保温的人工湿地出水口水温高于冰封和温棚的水温,进一步证明薄膜保温可以有效提高人工湿地内的温度,为人工湿地正常运行提供了保证.而且薄膜保温措施的操作简便、造价低,适合推广应用.     

北方地区潜流人工湿地冬季保温措施的研究

人工湿地作为一种造价较省,运行成本低的污水处理技术,目前已经得到了广泛的应用.但是在北方地区,人工湿地受到冬季气候影响,无法正常运行,降低了它的使用效率.试验针对北方冬季低温环境下,人工湿地无法正常运行的问题,对3种不同的保温措施进行历时两年的对比试验,通过对TP、TN、NH₄⁺-N和COD等4种主要污染物和人工湿地出水水温的跟踪监测,检验了不同保温措施的效果.试验结果表明:在冬季,使用薄膜法保温措施的处理系统中, COD、TN和NH₄⁺-N的去除率分别为30%~45%、40%~60%和35%~60%,比温棚法和冰封法的出水中污染物去除率高10%~20%.TP在出水中含量波动较大,去除率为19%~70%,伴有磷释放现象,但是在薄膜保温下TP的去除效果也要好于温棚和冰封.经过SPSS 16.0分析,薄膜保温的人工湿地出水水质与冰封和温棚法相比具有显著性差异.在对人工湿地曝气槽和出水口的污水水温进行监测发现,利用薄膜保温的人工湿地出水口水温高于冰封和温棚的水温,进一步证明薄膜保温可以有效提高人工湿地内的温度,为人工湿地正常运行提供了保证.而且薄膜保温措施的操作简便、造价低,适合推广应用.     

垂直流人工湿地配水均匀性的研究

从能量分配和压力水头分布出发,阐述了垂直流人工湿地穿孔管配水系统能量分布及压力水头分布状况.在此基础上,提出了影响垂直流人工湿地配水均匀性的2个关键影响因子—最不利2点流量关系及穿孔管布水系统内部配水间隔时间,得出了垂直流人工湿地配水系统中最不利2点的孔口出流流量关系式及垂直流人工湿地穿孔管布水系统内部配水间隔时间,为采用穿孔管配水的垂直流人工湿地提供了理论研究资料.     

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.     

低温下表面流人工湿地中氨氮型富营养化水体净化研究

以氨氮为主要氮组分的富营养化水体为研究对象,采用批量培养方式对比研究了6.8～7.2℃水温下浮水植物系统(2种水葫芦Eichhornia crassipes、浮萍Lemna minor)、泡沫板系统(无生命覆盖物系统)及空白系统(无覆盖物系统)的脱氮效果,并探讨了6.4～11.2℃水温下不同起始COD浓度(27～105 mg/L)对各污染物去除的影响.结果表明,溶解氧(DO)是影响NH₄⁺-N去除的关键因子之一,好氧时期各系统NH₄⁺-N去除率占整个时期NH₄⁺-N去除率的61%～88%.3种植物系统中NH₄⁺-N的去除率(45%～56%)普遍高于泡沫板系统(38%)与空白系统(38%),而TN和COD去除效果差异则与植物类型有关;随着水体中起始COD浓度的升高,系统中DO逐渐由好氧状态降至0,该结果对NO₃^--N去除率影响最大(去除率由67%上升至95%),而对其它水质指标(COD,TN,NH₄⁺-N)的影响相对较小.     

使用含铁基质的水平潜流人工湿地间隙水亚铁离子及理化环境的动态变化

使用富含铁基质的水平潜流人工湿地,运行过程中,由于内部氧化还原和p H条件的变化,可能会导致基质中铁溶出,致使间隙水中亚铁离子增加,进而影响污水去除效率.本研究以使用富含铁基质的香蒲人工湿地系统为研究对象,分析了其处理富含有机物污水时,内部间隙水的亚铁离子、氧化还原电位(ORP)和p H时空变化特点.研究结果表明,各位点间隙水都含有较高浓度亚铁离子,范围为8.23~462.86 mg·L-1,远远高于进水中亚铁含量,表明运行过程中,基质铁大量溶出;内部各位点ORP在-236~40 m V之间,变化范围较大,多数位点ORP均为负值,表明整个湿地内部大部分区域处于厌氧状态,是污水中较高浓度有机物降解导致;ORP在水深方向逐渐下降,污水沿程方向是逐渐升高的,夏季ORP整体较高,春秋季较低.亚铁离子变化特点与ORP相反,ORP高的情况下,亚铁离子浓度较低,表明亚铁离子浓度受ORP影响.湿地内部各位点处的p H空间变化范围不大,在6.44~7.97之间,仍维持在中性范围.结合p H和ORP的分布特征可以得知,间隙水中亚铁离子应是基质中铁氧化物特别是三价铁氧物,络合和还原解离共同的产物.