根系分泌物调控对人工湿地去除雌激素的影响

通过在所构建的3组垂直流人工湿地(CW1、CW2、CW3)中添加不同ρ(DOC)(0、14、28 mg/L,DOC为溶解性有机碳)的美人蕉根系浸出液来模拟根系分泌物浓度变化,考察其对2种SEs(steroidal estrogens,类固醇雌激素)去除效果的影响. 结果表明:①虽然根系浸出液和根系分泌物中的ρ(DOC)存在差异,但二者成分比例类似,均含有多种小分子化合物(如氨基酸、多糖、有机酸、脂肪酸、醇、烷等),并且甘油含量均为最高. ②各组湿地对SEs的去除率表现为CW2>CW3≈CW1,CW2对E1(Estrone,雌酮)、EE2(17α-Ethinylestradiol,17α-乙炔基雌二醇)的去除率最高可分别达到86.9%、72.7%. ③各组湿地全细菌和AOB(ammonia oxidizing bacteria, 氨氧化细菌)平均密度大小表现为CW3>CW2>CW1,NOB(nitrite oxidation bacteria, 亚硝酸氧化细菌)平均密度大小表现为CW2>CW3>CW1,DNB(denitrifying bacteria, 反硝化细菌)平均密度大小表现为CW3>CW1≈CW2,各组湿地基质上生物膜的脱氢酶活性表现为CW2>CW1>CW3.研究显示,适量添加根系浸出液有利于SEs的去除,但根系浸出液中ρ(DOC)过高,可能会对植物根系和特定根系微生物(如NOB)的生长造成毒害作用,并抑制微生物活性,从而影响SEs的去除效果.      

废水中Pb在不同人工湿地基质中的形态变化

控制水力停留时间为0.5h,将不同浓度(10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、80 mg/L、160mg/L)的含Pb2+废水均匀通过湿地系统处理,湿地填料分别为以粉煤灰、污泥、黄土、细煤渣、砾石和细沙为原料人工配置的5种不同的基质(SSFGF、FSSGF、FSSFF、FSSFG和FSFGF)。实验结果显示:SSFGF的去除效果最佳,去除率保持在80%以上最高可达93%;Pb主要以残渣态稳定的赋存于基质中,且随着基质类型的不同赋存的各形态Pb的含量之间存在着显著差异。     

7种人工湿地植物根系扩展能力比较研究

以芦苇、美人蕉，香根草、灯心草、旱伞草、香蒲、芦竹7种植物为对象。通过盆载试验，研究它们在水分诱导方式下根系扩展情况。比较它们的根系极限长度，达到极限长度所用的时间、根系形态和密度、病虫害发生情况。结果表明，水分诱导方式是一种效果显著的促进根系快速增长的技术：文章所选用的7种植物中。旱伞草和香根草的分蘖及根系伸展能力最强，并且没有病虫害发生：其次是芦苇、芦竹，芦竹较少发生病虫害，但芦苇病虫害发生频繁：香蒲、美人蕉和灯心草根系生长较为缓慢．伸展较浅。较少发生病虫害。     

人工湿地处理污染河水和湿地植物腐烂分解影响研究

以高原复合型人工湿地为研究对象,在水力负荷为0.067 m/d的条件下,监测湿地对CODCr、TN、TP、氨氮的去除率达到了66.3%、82.5%、43.2%、76%;采集了梭鱼草、美人蕉、芦苇、水葱、茭白、再力花6种挺水植物地上部分,测定了它们的TN、TP、有机质等营养物质含量和它们腐烂分解过程中TN、TP、COD等释放强度。结果表明:梭鱼草、美人蕉、茭白释放强度较强,再力花和芦苇释放强度较弱,在选择湿地植物时综合考虑植物吸收污染物能力情况下,可以优先考虑再力花、芦苇等植物。     

人工湿地处理污染河水和湿地植物腐烂分解影响研究

以高原复合型人工湿地为研究对象,在水力负荷为0．067m／d的条件下,监测湿地对CODCr、TN、TP、氨氮的去除率达到了66．3％、82．5％、43．2％、76％;采集了梭鱼草、美人蕉、芦苇、水葱、茭白、再力花6种挺水植物地上部分,测定了它们的TN、TP、有机质等营养物质含量和它们腐烂分解过程中TN、TP、COD等释放强度。结果表明：梭鱼草、美人蕉、茭白释放强度较强,再力花和芦苇释放强度较弱,在选择湿地植物时综合考虑植物吸收污染物能力情况下,可以优先考虑再力花、芦苇等植物。     

氮形态对人工湿地氮去除效果的影响

采用水平潜流人工湿地处理TN质量浓度为20～25 mgL,氮形态分别以NH4+-N,NO3--N和有机氮为主的生活污水,分析了氮形态时人工湿地N去除效果的影响.试验结果显示:相应的TN去除率分别为47.2%,71.6%和33.1%.表明人工湿地主要适用于水的深度处理,实现污水中N的无机化特别是将N转化为NO3--N,可显著提高人工湿地的N去除效果.     

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.     

六价铬对薏米人工湿地净化生活污水的影响

利用湿生植物薏米构建垂直流人工湿地(CAW),各处理均有不种薏米的湿地为对照(NPW),研究不同浓度的Cr6+(0、20、40mg/L)处理对薏米人工湿地及不同水层区域污水中氮磷净化效果的影响。结果表明:处理31 d时,铬质量浓度为10 mg/L时促进薏米人工湿地对氨氮、总磷的去除;处理10 d、59 d时,铬质量浓度为10、40 mg/L时均表现为抑制。CAW、NPW对生活污水中氨氮、总磷的去除率均随铬处理时间延长而降低,且铬质量浓度为0、10 mg/L时NPW的降幅较大。薏米人工湿地对氨氮、总磷的去除效果优于无植物的对照(NPW),2种湿地均表现出湿地下层的去除率高于中层的。     

生物炭添加对湿地植物菖蒲根系通气组织和根系泌氧的影响

在处理污水的潜流人工湿地中,湿地植物容易受到缺氧胁迫.尽管菖蒲(Acorus calamus L.)是一类对缺氧条件具有显著抵抗能力的湿地植物,但菖蒲的生理响应并不能完全消除湿地长期缺氧带来的胁迫.生物炭添加能够缓解菖蒲体内超氧化物和过氧化物的积累,显著降低膜脂过氧化程度,但生物炭对缓解缺氧胁迫的具体机制尚不清晰.因此,本研究通过在温室内构建5种不同的生物炭湿地,采用植物生态学分析方法,将植物根系通气组织、根孔隙度和根系泌氧相结合,研究菖蒲根部组织对生物炭添加的响应机制.结果表明,通过在传统潜流人工湿地中添加生物炭,有利于菖蒲形成根系通气组织,增大根孔隙度,生物炭投加量与根孔隙度具有显著正相关关系.在湿地中添加生物炭将利于O_2通过通气组织传输至地下部分,并以根系泌氧(radial oxygen loss,ROL)的形式扩散至根际,显著提高根系泌氧量.与其它光强相比,在3 000μmol·(m~2·s)~(-1)条件下,菖蒲泌氧能力较强,生物炭投加比例对植物ROL的影响不显著.     

不同收割时间下人工湿地芦苇根系分泌物的组成和特征

为探讨亚热带地区枯萎期湿地有机物和氮去除效果与芦苇根系分泌物对收割时间的响应,运用水平潜流湿地开展了2年(第1年为2017年7月—2018年3月,第2年为2018年8月—2019年4月)不同收割时间(W1为不收割、W2为枯萎前收割、W3为枯萎中期收割、W4为枯萎末期收割)试验,监测了不同处理下芦苇根系分泌物的组成特征及湿地中有机物和氮浓度的变化. 结果表明:①2年试验均表现为枯萎前收割处理湿地TOC去除率降低,枯萎末期收割处理湿地TOC去除率增加的特征. ②芦苇根系分泌物中烷烃类数量占比最高,2年试验收割处理后根系分泌物数量均呈降低趋势. ③进水ρ(TN)较高的年份,根系分泌物中烷烃类相对含量最高,收割处理后烷烃类相对含量增加;进水ρ(TN)较低的年份,酸类相对含量最高,枯萎前和中期收割后酸类相对含量增加,枯萎末期收割后酸类相对含量降低. ④进水ρ(TN)较高的年份,湿地TOC和TN去除率的变化整体上由烷烃类含量主导,二者与烷烃类含量均呈正相关;进水ρ(TN)较低的年份,湿地TOC和TN去除率的变化整体上由酸类含量主导,二者与酸类含量均呈负相关. 研究显示,枯萎期芦苇湿地污染物去除效果与根系分泌物的组成和特征存在一定的相关性,在枯萎末期收割能增加芦苇湿地的有机物去除效果.      

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.     

Clogging processes caused by biofilm growth and organic particle accumulation in lab-scale vertical flow constructed wetlands

The accumulation of organic matter in substratum pores is regarded as an important factor causing clogging separately in the subsurface flow constructed wetlands. In this study, the developing process of clogging caused by biofilm growth or organic particle accumulation instead of total organic matter accumulation was investigated in two groups of lab-scale vertical flow constructed wetlands (VFCWs), which were fed with glucose (dissolved organic matter) and starch (particulate organic matter) influent. Results showed that the growth of biofilms within the substratum pores certainly caused remarkable reduction of e ective porosity, especially for the strong organic wastewater, whereas its influence on infiltration rate was negligible. It was implied that the most important contribution of biofilm growth to clogging was accelerating the occurrence of clogging. In comparison with biofilm growth, particles accumulation within pores could rapidly reduce infiltration rate besides e ective porosity and the clogging occurred in the upper 0–15 cm layer. With approximately equal amount of accumulated organic matter, the e ective porosity of the clogged layer in starch-fed systems was far less than that of glucose-fed systems, which indicated that composition and accumulation mode in addition to the amount of the accumulated organic matter played an important role in causing clogging.     

Clogging processes caused by biofilms growth and organic particles accumulation in lab-scale vertical flow constructed wetlands

The accumulation of organic matter in substratum pores is regarded as an important factor causing clogging in the subsurface flow constructed wetlands.In this study,the developing process of clogging separately caused by biofilm growth and organic particles accumulation instead of total organic matter accumulation was investigated in two groups of lab-scale vertical flow constructed wetlands (VFCWs) fed with glucose (dissolved organic matter) and starch (particulate organic matter) influent.Results showed that the growth of biofilms within the substratum pores certainly caused remarkable reduction of effective porosity,especially for the strong organic wastewater,whereas its influence on infiltration rate was negligible.It was implied that the most important contribution of biofilm growth to clogging is accelerating the occurrence of clogging.In comparison with biofilm growth,particles accumulation within pores could rapidly reduce infiltration rate besides effective porosity and the clogging occurred in the upper 0-15 cm layer.With approximately equal amount of accumulated organic matter,the effective porosity of the clogged layer in starch-fed systems was far less than that of glucose-fed systems,which indicated that composition and accumulation mode of the accumulated organic matter played an important role in causing clogging besides the amount.According to the results,some related methods to prevent and recover the clogging phenomenon were suggested.     

人工湿地生态根孔技术及其应用

人工湿地亚表层介质的堵塞问题一直是湿地系统持续有效运行的障碍,极大地限制了人工湿地技术的大规模工程应用.通过白洋淀自然湿地现场研究,发现由大型水生植物所形成的根孔异常发达,径级不等的死活根孔混合在一起,组成了庞大的湿地根孔网络.人工湿地生态根孔技术通过模拟白洋淀湿地自然的芦苇根孔系统,以人为填埋的植物秸秆作为湿地的填料/介质,有效地改变了土壤亚表层大孔隙结构,为人工湿地建设和应用开辟了一条新途径.通过构筑根孔和自然根孔之间的过渡和湿地根孔的不断更新,实现湿地填料/介质的自我更新,克服了一般潜流人工湿地其填料/介质易发生堵塞的缺点.构筑根孔有效填补了人工湿地运行初期大量自然根孔尚未形成的空白期.该技术在小试湿地中获得了成功应用.以玉米秸秆和地肤秸秆作为小试模拟湿地的填埋介质,其填埋量体积比为2%～4%.与未填埋秸秆的基质土壤处理单元相比,填埋秸秆处理单元其导水效率和营养盐去除能力都得到了有效提高.研究结果表明:填埋秸秆腐烂后形成的构筑根孔其水分侧向入渗率是基质土壤的20倍左右.在中、低营养盐负荷情况下,填埋秸秆处理单元对溶解性总氮(DTN)去除率平均提高4.5%～27.1%;对溶解性总磷(DTP)去除率平均提高7.0%～20.4%.     

Characteristics of the microbial communities in the integrated vertical-flow constructed wetlands

Microorganisms play an important role in removing pollutants from constructed wetlands. We investigated the microbial characteristics in a novel integrated vertical-flow constructed wetland (IVCW), which has been in operation in Wuhan, China since 1998. We used phospholipid fatty acid (PLFA) and amoA gene to analyze the structure and diversity of the microbial community within the IVCW. PLFA results suggested that the amount of bacterial PLFA was significantly higher than that of fungal PLFA, but the total microbial biomass represented by PLFA index was low in the system. Microbial spatial distribution showed significantly higher bacterial (both G⁺ and G⁻) and fungal biomass in the surface than in the subsurface layers. The ratios of monounsaturated to branched PLFA demonstrated that an anaerobic layer sandwiched by two aerobic layers existed in the IVCW, consistent with the redox potential results. Analysis of the amoA revealed the presence of Nitrosomonas-like sequences in the surface substrate of the downflow chamber and apparent diversities of ammonia-oxidizing bacteria in the system. These results suggest that microorganisms, despite their relatively low biomass, have inhabited the IVCW, and the results will offer some valuable information on microbe to system designers and managers.     

人工湿地污水处理系统的蛭石缓冲单元及缓冲能力生物再生研究

针对当前人工湿地污水处理中普遍存在的冬季处理效果差等问题,研究了在处理系统中构建天然蛭石缓冲单元及其吸附饱和后进行生物再生的可行性.结果表明,在水力负荷为1.4 m3·m-2·d-1(COD:150～350mg·L-1、NH 4-N:10～30 mg·L-1、TP:1.0～4.5 mg·L-1)和蛭石层填充高度≥60cm的条件下,无植物天然蛭石缓冲单元可至少在45d内保持出水各项水质指标达到一级排放标准(GB 18918-2002),从而可基本满足人工湿地在植物换季时期的处理需要,而且,增加系统含氧量和蛭石用量可提高体系缓冲性能.在夏秋季温度较高的条件下(25～30℃),利用微生物的硝化与反硝化作用和植物根系的吸收与复氧功能,可有效提高蛭石再吸附的能力,其中有植物的湿地单元90d后蛭石吸附容量的再生率可达88.2%～91.3%,生物再生过程的动力学方程符合指数关系,植物种类、干湿交替时间和碳源对蛭石生物再生过程有较为显著的影响.     

根表铁膜在人工湿地磷去除中的作用及基质的影响

本研究构建了基质铁含量分别为10.68％、23.52％、44.20％和pH分别为7.0、7.3、7.9的3个水平潜流人工湿地实验系统,在对污水进行5个月处理后,分析了各系统不同区域植物根表铁膜形成量及植物、基质、根表铁膜中磷的分配量,以期阐明植物根表铁膜在人工湿地磷去除中的作用及基质的影响.结果表明,经过5个月的污水处理,3个系统植物根表都出现了明显的铁膜,形成量在15 ～35 g·kg-1(以根干重计)之间,铁膜的形成量受到基质铁含量和pH共同影响,基质铁含量的增加,同时pH不增加或增加幅度较小时,铁膜形成量会相应增加;但若含铁基质材料碱性较强时,基质铁含量增加导致pH大幅增加时,根表铁膜形成量则不随基质铁含量增加而增加3个系统铁膜中磷含量都在20g·kg-1(以根干重计)左右,相差不大,铁膜磷含量受基质对磷的竞争和植物吸收转移影响.各系统中,铁膜单位磷含量远高于植物和基质,并且分配在铁膜中的磷总量既高于植物地上部分也高于地下部分,甚至与植物地上和地下部分总和接近,表明铁膜在人工湿地中是一个重要的磷吸附截留部位,对人工湿地磷的去除具有重要作用.     

辽河保护区人工湿地微生物群落结构及分布规律

利用高通量测序技术,研究了辽河保护区盘锦段3种类型人工湿地(支流汇入口湿地、坑塘湿地、牛轭湖湿地)底泥和芦苇根际微生物群落结构与分布规律。结果表明: 3种类型人工湿地底泥微生物多样性、丰度和操作分类单元(optical transform units,OTUs)数目均大于芦苇根际微生物,且底泥和芦苇根际微生物多样性受季节变化影响,秋季高于春季;不同类型人工湿地微生物群落结构及分布大致相似,变形菌门(Proteobacteria)为相对丰度最高的优势种,以变形菌门为主的革兰氏阴性菌在人工湿地净化过程中起重要作用;不同类型人工湿地变形菌纲及其相对丰度不同,支流汇入口湿地以α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)为主;坑塘湿地以γ-变形菌纲和α-变形菌纲为主;牛轭湖湿地中不同纲的微生物分布较均匀。     

铝污泥复合填料特性及在人工湿地中的应用

利用铝污泥、钢渣和沸石制备了3种铝污泥复合填料——铝污泥-沸石、铝污泥-钢渣、铝污泥-沸石-钢渣,研究了其物理特性和对磷的等温吸附性能,并应用于人工湿地小试系统中,探讨其对湿地水质的净化效果。结果表明:相较铝污泥和传统湿地填料,3种复合填料具有较大的体积密度、孔隙率和比表面积;3种复合填料对磷的吸附效果存在较大差异,表现为铝污泥-钢渣>铝污泥-沸石>铝污泥-沸石-钢渣;3种复合填料对人工湿地进水中化学需氧量(COD_Cr)的去除率无显著差异,均为70%左右;对总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH₃-N)的去除率差异较大,其中铝污泥-钢渣、铝污泥-沸石对TP去除率较高(93%以上),铝污泥-沸石、铝污泥-沸石-钢渣对TN和NH₃-N去除率较高(TN高于65%,NH₃-N高于77%);铝污泥-沸石复合填料对人工湿地污染物去除的综合效果最好,可使人工湿地出水水质达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。     

潜流人工湿地长效运行脱氮研究进展

潜流人工湿地具有操作简单,建设和运行成本低,环境效益好等优点,但在长期运行过程中普遍存在脱氮效率降低的问题。阐述了潜流人工湿地脱氮机理,提出湿地复氧能力降低和基质堵塞是造成人工湿地长期运行脱氮效率降低的主要原因。基于文献分析,综述了潜流人工湿地长期运行提高脱氮效率的方法,分别从提高湿地复氧能力,选择合适的基质粒径和级配及优化潜流人工湿地工艺等方面阐述了提高脱氮效率的措施及其效果。