Modeling the e ects of constructed wetland on nonpoint source pollution control and reservoir water quality improvement

This article describes the integrated modeling approach for planning the size and the operation of constructed wetlands for maximizing retention of nonpoint source pollutant loads and reservoir water-quality improvement at a catchment scale. The experimental field-scale wetland systems (four sets, 0.88 ha each) have been in operation since 2002, where water depth was maintained at 30–50 cm and hydraulic loading rate was at 6.3–18.8 cm/day. The wetland system was found to be adequate for treating polluted stream water with stable removal e ciency even during the winter. The integrated modeling system (modified-BASINS) was applied to the Seokmoon estuarine reservoir watershed and calibrated with monitoring data from constructed wetland, stream, and reservoir. The calibrated integrated modeling system estimated that constructing wetlands on 0.5% (about 114 ha) of the watershed area at the mouth of reservoir could reduce 11.61% and 13.49% of total external nitrogen and phosphorus loads, respectively. It also might improve the nitrogen and phosphorus concentration of the reservoir by 9.69% and 16.48%, respectively. The study suggested that about 0.1%–1.0% of the watershed area should be allocated for constructed wetland to meet specified water-quality standards for the estuarine reservoir at the polder area where land use planning is relatively less complicated.     

不同深度人工复合生态床处理农村生活污水的比较

采用了2种填充深度(60cm和40cm)的人工复合生态床对滇池地区低浓度农村生活污水进行了处理试验研究结果表明,在30cm/d高水力负荷的条件下,对COD、总氮、氨氮和总磷的去除率,深度为60cm的床体分别为66.4%、57.7%、78.7%和63.2%,40cm深的床体分别为63.8%、59.1%、82.1%和61.3%.深度为60cm床体对COD和总磷的去除率高于深度为40cm的床体,但后者对氮的去除效果略优于前者.对氮、磷去除途径的分析表明:微生物的硝化/反硝化作用以及填料对磷的吸附沉淀作用是人工复合生态床去除氮、磷的主要途径;水生植物对氮、磷的吸收量分别占投加总量的10%和9%以上,也是一个重要途径.     

生态工程综合治理系统对农业小流域氮磷污染的治理效应

以典型农业小流域——开慧河流域源区为研究对象,基于研究区农业面源污染的主要排放特征,建立以生态湿地为主的小流域面源污染生态工程综合治理系统,重点探讨其对水体氮磷污染物的去除效果.结果表明,畜禽养殖业是开慧河流域源区水体氮磷污染物的主要来源,需要重点防控.组合生态湿地处理工程对农村分散式生活与养殖混合废水总氮(TN)、总磷(TP)的平均去除率为87. 1%和90. 9%;多级人工湿地拦截工程对农田排水与分散式养殖混合废水TN、TP的平均去除率为85. 7%和84. 9%;景观型生态湿地净化工程对末端汇水区水体中TN、TP的去除率在27. 1%～67. 4%和13. 3%～81. 5%之间.整个生态工程综合治理系统对流域TN和TP污染物的总拦截量分别为5 292 kg·a~(-1)和1 054 kg·a~(-1),占研究区农业面源TN、TP总污染负荷的35. 3%和43. 6%.因此,构建的生态工程综合治理系统对流域农业面源氮磷污染具有较好的治理效应,适合在我国南方小流域水环境治理中推广应用.     

天目湖流域湿地对氮磷输出影响研究

选择太湖地区天目湖饮用水源地的平桥河流域与中田河流域,综合利用遥感、GIS技术和野外水质监测、实验室分析等方法,对流域湿地与河流水质关系进行研究.结果表明:①平桥河流域与中田河流域湿地数量多,斑块密度分别为7.5个.km-2与7.1个.km-2.平桥流域湿地上下游分布广泛,多位于距离河流500 m范围之外,中田河流域湿地则相对集中于下游河段500 m范围内.②湿地对流域氮磷营养盐输出具有显著的截留效果.中田流域湿地对氮具有较强的截留效果,氮素浓度自上游至下游降低明显,而对磷的截留效果表现不明显.从季节响应来看,中田流域湿地在春季和冬季表现出TN和DTN浓度与流域湿地面积百分比明显的负相关关系,平桥流域湿地则在秋季对氮输出具有显著影响,表明湿地对氮磷的截留功效具有强烈的季节效应.③合理恢复一定数量的湿地面积,特别是增加河道附近湿地面积和数量,对河流水质具有改善作用.但氮磷营养盐在流域内的输移过程复杂,湿地的面积、位置、密度、生态系统结构等因素以及流域空间尺度、地形坡度、采样时间间隔及其它土地利用类型等因素都对物质输移过程产生影响,相关理论与实践研究有待于深入展开.     

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.     

环渤海三角洲湿地资源研究

环渤海地区是中国北部沿海的黄金海岸,是我国滨海湿地分布最集中的地理区域。该区三角洲以辽河三角洲和黄河三角洲为主,湿地总面积为648284hm²。其中黄河三角洲(东营市)总湿地面积为333427hm²,占黄河三角洲总面积的42.7%;辽河三角洲(盘锦市)湿地总面积为314857hm²,占全市总面积的79.5%。两三角洲均以天然湿地占优势,具有独特的生态功能,在维护区域生态平衡,保护生物多样性及促进经济发展中发挥重要作用。由于辽河三角洲和黄河三角洲所处的地理位置不同,水文条件的差异,人类活动的影响程度不同,其湿地在空间分布结构、资源类型、生态功能等方面表现出不同特点。论文在系统研究湿地分类基础上,利用遥感和地理信息系统技术,对两三角洲湿地类型、资源现状进行研究,并结合前人科研成果对湿地资源动态变化及其生态功能特征等进行分析评价,最后提出区域资源开发与湿地保护及其可持续发展对策。     

生态修复区盐地碱蓬群落碳、氮储量及其影响因素分析——以辽河三角洲大凌河口湿地为例

为揭示土壤环境变化及植物群落结构对修复初期河口湿地碳汇格局的影响,本文运用方差分解方法测算了群落尺度辽河口湿地生态修复区碳、氮储量分配格局,并定量阐明了盐度、含水率、高程等环境因子对碳、氮储量的影响贡献率。结果表明：（1）春、秋季,土壤碳储量分别为41.93 t/ha和44.72 t/ha,氮储量分别为8.65 t/ha和8.80 t/ha;植物碳储量分别为8.97 kg/ha和180.48 kg/ha,氮储量分别为0.61 kg/ha和16.27 kg/ha。（2）植物碳氮储量与株高、盖度呈显著对数函数关系,与土壤微生物量碳氮及土壤氮的周转速率呈显著负相关性。（3）土壤含水率、群落盖度和高程是影响碳、氮储量的最主要因子,地形高程和含水率能解释幼苗期碳、氮储量分异的45.6%以及成熟期碳、氮储量分异的54.5%。研究结果证明了微地形改造、生态补水等措施对湿地碳汇能力的提升具有重要作用。     

Estimating the effectiveness of vegetated floodplains/ wetlands as nitrate-nitrite and orthophosphorus filters

The role of vegetated floodplains/wetlands on the stream water quality of agro-ecosystems in the Coastal Plain region of the southeastern United States is reported. Water-borne nitrate plus nitrite nitrogen budgets and orthophosphate phosphorus budgets from a cropped agricultural area were compared with those of a watershed with alluvial forests below the cropped areas. Analyses were made to determine if observed differences in nutrient concentrations and loads were the result of dilution of cropped area runoff by flows from non-cropped areas. Reductions in the observed levels of nitrate plus nitrite nitrogen and orthophosphate phosphorus between upland cropped areas and watershed outlets exceed reductions that would be caused by dilution effects. Significant portions of the observed nutrients leaving cropped areas were retained, utilized and/or transformed in the vegetated floodplains/wetlands characteristic of these Coastal Plain watersheds.     

氧调控下复合垂直流人工湿地脱氮研究

溶解氧是人工湿地脱氮的重要限制性因子,调控湿地内氧状态分布是提高其脱氮效果的关键所在.为此,研究了夏、冬季时氧凋控下复合垂直流人工湿地(IVCW)中氧状态的变化规律、脱氮效果及净化机制.结果表明,氧调控下IVCW中氧状态改善明显,夏、冬季时好氧Ⅰ区范围(以深度表示)分别从22 cm、17 cm扩大至53 cm、44 c...     

人工湿地在辽河流域面源污染治理中的应用

针对辽河流域特定的气候条件并结合自身研究成果,从人工湿地类型的选择、湿地植物在去除氮磷中的作用、人工湿地对废水水质和水量的要求等方面对人工湿地进行了综述。通过对国外人工湿地治理面源污染的实际工程以及辽河流域已经开展的人工湿地治理工程的分析,说明人工湿地是一种有效缓解辽河流域面源污染的技术手段。     

不同运行方式对人工湿地强化除磷的影响研究

采用改变湿地构型、不同进水方式和曝气运行3种方法,开展不同运行方式对人工湿地的强化除磷效果研究。结果表明:垂直流湿地TP的去除率比水平流湿地平均高10%左右,串联方式对改善人工湿地系统除磷效果不明显,而当水平流湿地多点进水的配水比为2∶1∶1时,湿地对TP的去除率可上升5%～10%。湿地间歇运行当停置时间为2d时,TP去除率可提高6%左右;人工湿地曝气运行当气水比为6时,总磷去除率可达到最大。湿地间歇进水、曝气运行方式都可一定程度地提高湿地除磷效率,但要综合考虑对其他主要污染物的去除效果及系统运行费用影响。     

基于多年遥感数据分析长江河口海岸带湿地变化及其驱动因子

研究河口海岸带湿地长时间演变对湿地保护管理和海岸带资源评估具有重要意义.本文获取长江口1979—2015年10景Landsat-MSS/TM/OLI影像和2015年13景GF1-PMS高空间分辨率数据,对比两个典型实验区分类算法,选用最优的决策树算法应用到长江口Landsat影像中,得到沿岸湿地要素近40年的面积变化情况.研究表明,2015年长江河口海岸带湿地总面积为4725 km2,自然湿地占63.5%,人工湿地占21.2%,湿地总面积相比1979年增加了662 km2,自然湿地面积减少了163 km2,而人工湿地面积增加了766 km2.长江口自然湿地面积在1979—2000年减少幅度较大,2000年后由于保护管理加强而减少幅度变小;人工湿地和建筑面积增加较为明显,主要是由于大型水库的修建和人工鱼塘开发及港口建设.湿地总的变化趋势为河口区不断淤积,自然湿地转变为人工湿地,人工湿地转变为建筑用地等非湿地;其中,滩涂面积减少283 km2,水库、养殖鱼塘和水稻田面积分别增加了92、355和319 km2,主要发生在崇明东滩和启东沿岸;非湿地中建筑用地面积增加154 km2,灌木草场面积减少147 km2,主要发生在上海和启东沿岸.同时比较分析长江口3个区域湿地驱动因子发现,北岸启东沿岸和南岸南汇东滩湿地因经济快速发展和港口水利工程修建,以及过度开垦滩涂等自然湿地使人工湿地增加明显;而长江上游径流量、区域降水和海平面上涨等自然因素控制着中支河道区(如崇明东滩)自然湿地的变化.     

人工湿地技术在污水净化中的应用研究

研究人工湿地技术在污水净化中的去除机理,分别对人工湿地技术对污水中的悬浮物、有机物、脱氮、除磷和重金属去除机理进行了分析和阐述;从提高茶园水库库区全年除污总效果的角度,给出了人工湿地植物的栽种选择和搭配,重点研究人工湿地在低温季节对库区污水的净化效果和不同湿地植物针对不同污染物的净化效果存在显著差异性,在人工湿地技术的实际应用中,要根据当地的条件,有针对性地种植湿地植物或合理配置湿地植物,为人工湿地在茶园水库库区的推广提供了技术指导。     

矿区塌陷地改造与构造湿地建设——以徐州煤矿矿区塌陷地改造为例

徐州矿区的塌陷地有4700～5300hm²为常年积水或季节性积水,平均积水3～3.5m,积水最深达7m,几乎不可能复垦。对于不可恢复为农田的深度塌陷地,根据当地的自然环境、水文水系等特点,结合降水资源截留、污水处理厂的尾水排放处理等,可构建成不同类型的构造湿地(Constructed wetland),如养殖型构造湿地、景观型构造湿地和净化型构造湿地。如对于季节性积水或常年水深在0.5m以下的塌陷地,可以建设为以芦苇为优势的构造湿地,芦苇湿地不仅具有很强的污染净化能力,而且具有较大的生成能力,可以提供丰富的造纸原料。构造湿地的植物选种原则是土著性、强净化作用及良好的经济价值。这种因地制宜修复利用塌陷地的途径,不仅代价低,而且可以解决废水资源化利用、缓解地区水资源短缺的矛盾。     

间歇曝气对人工垂直潜流湿地氮磷去除性能的影响

采用页岩和香蒲(Typha latifolia)构建人工垂直潜流湿地处理津河富营养化水体,研究间歇曝气对潜流湿地氮磷去除效果的影响.设计水力负荷800 mm/d,气水比5∶1.试验期间(2006-06～2006-11),氮磷月平均去除率在8月份达到最大值.与无曝气系统相比,中部曝气使氨氮(NH 4-N)、总氮(TN)、可溶性活性磷(SRP)和总磷(TP)月平均去除率分别提高10.1%、4.7%、10.2%和8.8%,底部曝气则为25.1%、10.0%、7.7%和7.4%,间歇曝气能够有效提高人工潜流湿地氮磷去除效率.曝气产生的有氧环境不利于硝酸盐氮(NO-3-N)去除,试验期间底部曝气和中部曝气NO-3-N月平均去除率一直低于无曝气系统.试验结束后收割香蒲地上组织(茎和叶),测定地上组织生物量及茎、叶中的氮磷含量,结果表明,间歇曝气虽然抑制香蒲地上组织生物量的增加,但却能够有效提高茎、叶中氮磷含量.与无曝气系统相比,通过收割香蒲地上组织可使TN去除分别增加11.6g·m-2(中部曝气)和12.6 g·m-2(底部曝气).     

妫水河湿地植物作用及调水水质响应模拟

本文基于湿地植物在河流湖泊中的物理、生化反应机制,应用MIKE21中EcoLab的编辑功能,建立湿地植物的水质模块,将植物的阻流、产氧、耗氧及微生物和植物吸收营养盐过程参与计算中,耦合湿地水动力实现水质模拟.在对妫水河表流湿地调研及监测基础上,建立妫水河下游与三里河的模型,考虑湿地植物类型、分布及水量变化下的植物有效面积等作用,定量研究工程尺度上河流湿地水动力及水质净化效果.计算中采用实测数据率定湿地植物对水质作用的关键参数,并对模拟结果进行验证.通过模拟,无循环系统对支流三里河及上游调水时,岸带湿地建设后相比建设前,下游出口处氨氮、磷酸盐和总氮的浓度下降了14.29%、 33.33%和20.00%;循环系统运行后,三里河和妫水河上游流量分别增加0.4 m~3·s~(-1),使得部分河段水位抬升,断面平均流速略有增加,三里河和妫水河的有效湿地覆盖率分别增加了144.44%和13.16%,出水口处水质与工程前相比,氨氮、磷酸盐和总氮分别下降了35.71%、 50.00%和46.67%,循环体系的建设加强了湿地净化功能.模型有机地将湿地植物分布融合进模型水质计算中,为河湖湿地生态修复、方案设计和水利调控等综合措施下的水质响应研究提供了模型方法和技术支撑.     

页岩-钢渣组合填料湿地强化脱氮除磷研究

以城市污水A/O工艺出水为处理对象,运用页岩和钢渣物化除磷、调控进水碳氮比和氮素氧化性等技术手段,在中试规模上研究了页岩和钢渣组合填料湿地的脱氮除磷效能及影响因素.结果表明,当COD面积负荷率、TN面积负荷率、TP面积负荷率、HRT(水力停留时间)分别为6.5～20.7 g·(m²·d)^-1、2.57～8.22 g·(m²·d)^-1、0.41～1.32 g·(m²·d)^-1、0.5～1.6d时,①氨氮、亚硝态氮和硝态氮的去除率分别为85.8%、56.3%和18.6%,TN去除率为58.0%,TN面积负荷去除率为3.58g·(m²·d)^-1,TN反应动力学常数为0.31 m·d^-1,TN面积负荷去除率随进水TN负荷的增加而线性增加.②TP去除率为90.4%,TP面积负荷去除率为0.89 g·(m²·d)^-1,TP反应动力学常数为0.86 m.d^-1,TP面积负荷去除率随进水TP负荷的增加而线性增加.③水温、HRT、氮素组分、C/N等因素对湿地系统的脱氮除磷效率有显著影响.TN面积负荷去除率随HRT、COD/TN值的增加而幂函数增加.TN面积负荷去除率随水温(、NO₂^--N+NO₃^--N)/TN值的增加而呈指数函数增加.     

潜流湿地中植物对脱氮除磷效果的影响中试研究

通过潜流湿地的中试,研究了芦苇和茭草在潜流湿地中的氮磷吸收量变化,植物收割对系统的影响以及植物对改善系统流态的作用.结果表明,依靠收割植物去除氮磷是不显著的,氮磷吸收量占去除量在5%左右.同时证明植物在进入冬季前开始出现释放氮磷现象,最佳收割期应该在9～10月份.植物对维持根系周围微生态环境起着重要的作用,收割会导致系统出水水质的波动.流态试验表明,植物根系能够改善系统的流态,植物床较空白床死区率减少5%～10%,增加系统的空间利用率,延长系统的水力停留时间.     

再生水湿地香蒲根内生细菌群落多样性及其水质特征分析

以北京白河人工湿地再生水补水河段香蒲根为研究对象,采用16S rDNA克隆文库技术对香蒲根内生细菌群落多样性进行分析,得出该克隆文库包括4大类群细菌,最优势类群为变形杆菌门Proteobacteria,其中包括Gammaproteobacteria、Betaproteobacteria、Epsilonproteobacteria、Alphaproteobacteria;其次为厚壁菌门Firmicutes、疣微菌门Verrucomicrobia、拟杆菌门Bacteroidetes;另外还包括部分非培养未确定种属的细菌.结合研究区再生水排放口与湿地下游水质数据,得出TN、TP、NO₃^-去除率达到了42.15%、47.34%、28.56%,表明湿地对再生水中的TN、TP、NO₃^-具有明显去除机制,说明香蒲根内生细菌克隆文库中菌株与湿地氮、磷等生物地球循环关系密切.     

20世纪70年代以来松嫩平原乌裕尔河中下游流域的湿地演变

基于LandsatMSS和TM影像,在GIS技术支持下分析了20世纪70年代中期以来松嫩平原乌裕尔河中下游流域湿地的时空变化。研究表明1976-2000年间研究区湿地变化十分显著,沼泽湿地净减少7.47×104hm₂,分别有约5.58×104hm₂和3.40×104hm₂的沼泽湿地被开垦为旱地和水田。湿地水资源短缺,约8097.70hm₂沼泽变为干草地,1039.58hm₂退化成为盐碱地。因洪水淹没,草地沼泽化面积达到2.74×104hm₂。耕地总面积净增加12.97×104hm₂,8.10×104hm₂的旱地转变为水田。草地面积锐减16.93×104hm₂,其中44.4%被开发为耕地,约22.3%变为盐碱地,中覆盖度草地退化面积达到2.26×104hm₂,但低覆盖度草地退化的速度快。湿地景观斑块数量减少,平均规模缩小,景观更破碎。天然湿地的萎缩和退化与区域气候暖干化趋势和高强度人类活动密切相关。