长江大保护中尾水型人工湿地的应用研究：以江东水生态公园为例

为评价长江大保护中尾水型人工湿地的运行效果,针对性地提出运维管理建议,以芜湖江东水生态公园为例,于2021年7月—2022年1月对其不同功能单元出水进行监测,分析各单元对污染物的去除路径及影响因子。结果表明：净化效果方面,在尾水水质较好的前提下(COD、NH₃-N、TN、TP等污染物浓度指标均远低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准),江东水生态公园对各污染物的去除效果仍较好,其中强化表流湿地对NH₃-N、TN和TP的平均去除率分别为85.53%、17.60%和33.71%,串联于强化表流湿地后端的生态涵养塘具有进一步削减强化表流湿地出水中污染物的能力,其中在夏秋季(8—10月)对NH₃-N和TP的平均去除率分别为27.04%和22.51%。影响因子方面,温度和溶解氧浓度对人工湿地脱氮效果影响较大,可在冬季采取保温增氧措施,并根据运行实际综合采取小剂量分批次投加植物碳源,优化潜流湿地填料,设计多级人工湿地串联系统等手段,进一步保障长江大保护尾水型人工湿地运行效果的可持续性。     

陶粒复合垂直流人工湿地对污水季节性处理效果的试验研究

研究了四种陶粒组合、一种石灰石碎石5套复合垂直流人工湿地在不同季节处理生活污水的运行效果。结果表明:陶粒组合人工湿地系统对COD、TP、NH3-N的去除效果均优于石灰石碎石湿地;复合垂直流人工湿地对COD的去除效果在冬季有所下降,但仍保持在50%以上;湿地系统对TP去除率受季节性变化影响不显著,但随着复合垂直流人工湿地系统的运行,基质层对TP的吸附逐渐饱和,去除效率缓慢下降;1号~5号人工湿地对氨氮的去除率分别从秋季42.0%、55.1%、61.1%、49.9%、50.2%下降至冬季21.9%、31.0%、36.5%、28.5%、29.2%,春、夏季处理效率开始回升,并保持稳定的状态。     

生态滤池中植物对生活污水净化能力的影响及其微生物群落组成

生态滤池处理效果受到许多因素影响,不同植物类型导致生态滤池净化效果有明显差异。为提高生态滤池在贵州省农村适用性,研究了生态滤池中3种本地湿地植物（风车草、美人蕉、菖蒲）在不同配置条件下对生活污水中主要污染物包括COD、NH₃-N、TN、TP的去除效果,通过比较不同植物配置下主要污染物的去除率,筛选出生态滤池技术在贵州省可以达到最佳污水净化效果的植物配置。结果表明:菖蒲冬季耐寒性好,其对COD、NH₃-N及TP的去除效果最佳,去除率分别可达88%、92%以及47%;风车草与菖蒲组合TN去除能力最佳,可达49%。滤池内存在的主要微生物群落组成类似,为Proteobacteria（变形菌门）、Chloroflexi（绿弯菌门）、Acidobacteria（酸杆菌门）为主,硝化细菌群落多样性较低,以氨氧化细菌为主;反硝化细菌种类较多,存在部分好氧反硝化细菌。     

不同基质垂直流人工湿地对猪场污水季节性处理效果的研究

研究了3套不同基质垂直流人工湿地小试装置在不同季节处理猪场污水的运行效果.结果表明,垂直流人工湿地对有机污染物的去除效果随季节变化差异不明显,对有机物降解情况可用一级降解模型模拟;传统型湿地系统NH4 -N去除率在各季节稳定在52%,而沸石和沸石-煤渣型系统冬季NH4 -N去除效率分别从秋季的89.8%和93.4%下降至冬季的64.2%和73.5%,春、夏季回升至80%左右.冬季湿地系统中生物硝化与反硝化作用的减弱影响了垂直流人工湿地系统TN的去除;3套不同基质系统中,沸石-煤渣型系统各高度层硝化强度均为最高,沸石型和沸石-煤渣型系统的反硝化强度明显高于传统型系统,与实际运行过程TN去除率变化相吻合.采用沸石作为基质有利于系统的反硝化进程和TN的去除.垂直流系统对TP去除率随季节性变化波动不显著,但随着垂直流人工湿地系统的运行,基质层对TP的吸附逐渐饱和,去除效率明显下降.     

29种湿地填料对氨氮的吸附解吸性能比较

为筛选出性能更好的人工湿地填料,采用等温吸附-解吸试验,测定了29种天然和非天然人工湿地填料的孔隙率、渗透系数及其对NH₃-N的吸附-解吸特性. 结果表明:锯末、瓷砖、鸡蛋壳、瓷砂陶粒、火山岩等材料的孔隙率较大,瓷砂陶粒、海绵铁、石灰石、页岩陶粒、砾石等材料的渗透系数较大;Freundlich和Langmuir等温吸附方程能较好地拟合各填料对NH₃-N的吸附特征,通过Langmuir等温吸附方程计算,对NH₃-N的理论饱和吸附量居前5位的填料依次是火山岩(1.700 0 mg/g)、瓷砂陶粒(1.620 0 mg/g)、生物炭(1.353 0 mg/g)、沸石(1.350 0 mg/g)、石榴石(1.190 0 mg/g). 吸附速率的变化与填料吸附NH₃-N的途径密切相关. 吸附饱和的生物炭、焦炭、大理黏土、沸石、磁铁矿、石英砂主要通过离子交换作用吸附NH₃-N,稳定性好,解吸率均小于20%;瓷砂陶粒和火山岩对NH₃-N的解吸率分别为24.50%和35.51%,既有物理吸附也有离子交换作用. 火山岩、瓷砂陶粒、生物炭、沸石对较高浓度NH₃-N的吸附效果较好. 研究显示,火山岩、生物炭、瓷砂陶粒、沸石等适合作为人工湿地中吸附NH₃-N的填料.      

河道微污染水体旁路复合流湿地强化净化技术研究及应用

为实现河道微污染水体水质净化与行洪排涝双重功能,采用下向流/上向流复合流旁路湿地工艺,设计有机负荷q_os=21 kg BOD₅/(hm²·d),水力负荷q_hs=0.34 m³/(m²·d),水力停留时间HRT=2.2 d,同时为提高冬季低温条件下的湿地系统净化效果,对湿地填料床结构形式、植物组合搭配以及冬季低温运行措施进行了优化,研究表明：1)下向流/上向流复合流功能湿地空间布设灵活,可节约建设占地,通过折流布水,可形成良好的厌氧/缺氧/好氧微生环境,有益于发挥湿地系统的脱氮除磷效果;2)通过增加保温填料覆盖层、采取低温冰下低水位运行、辅以耐低温植物/微生物强化,在冬季低温湿地进水ρ(COD)为30～40 mg/L,ρ(NH₃-N)为1.5～2.0 mg/L,ρ(TP)为0.3～0.4 mg/L条件下,实现了3个标段湿地出水平均值ρ(COD)=20.67 mg/L,ρ(NH₃-N)=0.77 mg/L,ρ(TP)...     

人工芦苇湿地氨氮污染物去除及氨氧化菌群落多样性分析

对不同质量浓度的NH₃-N在水平潜流人工湿地内的去除过程进行考察,并且对比分析了去除率和硝化强度,利用PCR-DGGE技术研究了ρ(NH₃-N)及植物种植等因素对人工湿地中AOB(氨氧化细菌)群落结构的影响. 结果表明:在水力停留时间为2.5d的情况下,模拟低污染水ρ(NH₃-N)分别为0.6~0.7和4.5~5.0mg/L时,芦苇湿地对TN的去除率分别为81.9%和62.2%. 较高的ρ(NH₃-N)和种植芦苇有利于提高湿地硝化强度和AOB群落多样性. 系统运行50d时,处理高ρ(NH₃-N)和低ρ(NH₃-N)低污染水的芦苇湿地的硝化强度分别为0.164和0.103mg/(kg·h);AOB群落Shannon-Weaver多样性指数(系统运行90d时)分别为2.32和1.75. 处理高ρ(NH₃-N)的低污染水时,空白湿地和芦苇湿地的硝化强度分别为0.082和0.164mg/(kg·h);AOB群落Shannon-Weaver多样性指数(系统运行90d时)从1.95增至2.32.      

人工湿地填料净化生活污水级配优化研究

采取室内填料柱级配淋洗试验的方法,选取粉煤灰、煤渣、空心砖填料组合作为人工湿地填料,进行不同填料级配污水净化效果研究。结果表明:在相同进水水质和水力负荷运行条件下,粉煤灰、煤渣、空心砖以体积比3:1:1混合时,COD、TN、NH4+-N去除效果最好,去除率最高分别达到47.83%、81.93%、93.53%;粉煤灰、煤渣、空心砖以体积比1:1:3混合时,TP去除率较高,可达到85.97%。试验所选填料及级配对NO3--N无较好的去除效果。考虑到填料物理特性及长期稳定运行的需要,选择粉煤灰、煤渣、空心砖以体积比3:1:1混合填料作为人工湿地去污填料最为适宜。     

组合人工湿地系统对污水处理厂二级出水的深度处理效果

为了解组合人工湿地系统深度处理污水的效果,利用水质分析和微生物多样性分析相结合的方法,研究了VF-HF组合人工湿地系统〔由VFCW（垂直流人工湿地）与HFCW（水平流人工湿地）串联组成〕深度处理污水处理厂二级出水的效果.结果表明:①稳定运行期间,VF-HF组合人工湿地系统出水的ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（TP）的平均值分别为18.11、0.41、0.96和0.16 mg/L,对COD_Cr、NH₄+-N、TN和TP的平均去除率分别为67.21%、89.83%、90.08%和70.91%,且VFCW对COD_Cr的去除性能好于HFCW,HFCW对氮的去除性能好于VFCW.②VF-HF组合人工湿地系统中细菌的丰富度和多样性差异明显,VFCW和HFCW中上层填料中细菌的丰富度和多样性均大于下层,且系统中优势细菌富集明显,其中VFCW沸石层富集了优势反硝化细菌菌科（Comamonadaceae）和优势菌属（Desulfomicrobium）,HFCW的石英砂层富集了优势反硝化细菌菌科（Xanthomonadaceae）和优势菌属（Silanimonas）,HFCW的沸石层富集了优势反硝化细菌菌科（Rhodocyclaceae）.研究显示,VF-HF组合人工湿地系统深度处理二级出水的效果较好,出水水质达到GB 3938—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质要求,且系统中富集了优势反硝化细菌菌科（Comamonadaceae,Xanthomonadaceae,Rhodocyclacea）以及优势菌属（Desulfomicrobium,Silanimonas）.      

复合制剂对富营养化水体中氮磷的去除效果

利用等温吸附模型评价了沸石粉的吸氨性能,结果表明该沸石粉易于吸附NH₃-N. 在此基础上,研究获得了一种有效去除富营养化水体中氮磷污染物的复合制剂. 该复合制剂成分为沸石粉和聚合氯化铝,其最佳质量配比为95∶5. 在ρ(NH₃-N)和ρ(TP)分别为10和1 mg/L的模拟水样中,复合制剂投加量越大对NH₃-N和TP的去除率越大,但去除率增大趋于缓慢;当接触时间为4 d时,复合制剂趋于达到吸附平衡,NH₃-N和TP的去除率基本达到最大. 复合制剂除磷效果受pH影响明显,在pH为7时,其对氮磷的去除效果最佳;随着温度的升高,复合制剂对NH₃-N和TP的去除效果略有提高. 将复合制剂用于实际污染河水中,其对NH₃-N,TP和浊度的去除效果明显,同时也能去除少量的COD_Cr. 在对富营养化水体的修复中,投加复合制剂可以作为修复工程的辅助技术进行应用.      

天津市临港经济区人工湿地生态效益分析

天津市临港经济区人工湿地是一项低碳环保项目,也是生态示范基地。探究人工湿地对环境保护与生态建设带来的积极影响,应分别从水质净化功能,环保及生态效益两个方面进行探究。对湿地进口、出口水质因子监测结果显示,系统对水体中NH₃-N、TN、TP平均去除率分别为26.6%、43.1%、38.1%,有较好的去除效果,且在冬季低温时去除效果最为显著。从土壤改良、水源涵养、气候调节等五个方面分别对湿地系统的环保及生态效益进行深入分析,进一步证实了该湿地系统为生态环境带来的积极影响。     

功能分区型人工湿地处理养殖废水厌氧消化液的性能

针对养猪废水厌氧消化液高ρ(NH₄+-N)的特点,构建了上层填充沸石强化硝化、下层填充砖渣强化反硝化的功能分区型人工湿地,考察其启动阶段运行性能、硝化区及反硝化区污染物去除性能. 结果表明,湿地以间歇方式运行(饱和液位无变化),启动后NO₃--N的产生速率为0.014 6 kg/(m3·d),湿地底部出水的ρ(NO₃--N)平均值为14.94 mg/L,明显低于沸石层的21.77 mg/L. COD_Cr主要在湿地上层硝化区被去除,平均去除率为64.82%. 随着湿地启动,下层由于反硝化作用消耗的有机物增至56.67 mg/L. 在进水期的前15 min,COD_Cr、NH₄+-N、TP的去除率最大,NO₃--N溶出量(以ρ计)最高,达42.30 mg/L. 沸石层10、20和30 cm处硝化速率基本稳定,沸石层的E_h均在400 mV以上. 与间歇方式相比,湿地以潮汐流方式(进水期与落干期时间比为1 h∶23 h)运行时,COD_Cr和TN去除率分别由78.45%和41.99%升至82.62%和53.41%. 研究显示,功能分区型人工湿地通过上层硝化、下层反硝化方式可有效去除养殖废水厌氧消化液中的NH₄+-N.      

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.      

处理低污染水的复合人工湿地脱氮过程

为了解人工湿地处理低污染水的脱氮过程,以洱海流域邓北桥湿地为例,采用水质分析、细菌数量分析与硝化/反硝化强度分析相结合的方法,研究了复合型人工湿地处理低污染河水过程中的氮转化过程及污染物去除效果. 结果表明:在氧化塘-表流湿地-潜流湿地-表流湿地的复合型人工湿地中,ρ(NH₃-N)和ρ(TN)呈逐级降低的趋势,NH₃-N和TN的平均去除率分别可达53.24%和48.21%. 氧化塘和表流湿地的硝化强度显著高于潜流湿地,二级表流湿地中硝酸菌数量和表层硝化强度均为各工艺单元中最高的,分别为93.00×105g-1和8.42×102mg/(m3·h);潜流湿地中ρ(DO)较低,其反硝化作用强度为各单元最高的,其中表层反硝化强度为32.70×102mg/(m3·h),深层反硝化强度为32.09×102mg/(m3·h). 该复合型人工湿地中反硝化的主要单元为潜流湿地.      

不同深度复合垂直流人工湿地脱氮性能比较

设计构建了4套分段式复合垂直流人工湿地(IVCW)柱状模拟系统(总程分别为145,185 cm),针对低C/N型人工污水，研究基质层高、添加活性生物质及进水中氮素组成对该系统脱氮效果的影响。结果表明：当水力停留时间为1 d时，4套系统对总氮(TN)去除率均在30%以上，半程基质层设置为95 cm,不添加活性生物质的HI组对TN去除率最高，达到42%;对NH₃-N、NO^-₃-N的平均去除率分别为20%～48%、21%～66%,而NO^-₂-N在各系统中均发生了不同程度的积累。随着进水中NO^-₃-N占比负荷的增加(从1/7到6/7),其NO^-₃-N去除率整体呈下降趋势，仅HI组去除率变化较其他组更稳定。但IVCW系统加深后，添加活性生物质反而会降低其TN去除效果。IVCW系统第1段，即下行流上层单元对脱氮贡献最大，高达80%以上；不同处理间强化脱氮效果差异虽不显著，但系统后段其脱氮途径间存在一定差...     

潜流人工湿地中基质在污水净化中的作用机制与选择原理

潜流人工湿地依靠基质、微生物以及植物的共同作用实现对污水中各类污染物的去除。其中,基质是潜流人工湿地的重要组成部分,在水质净化中发挥着至关重要的作用。基质可对污染物进行直接吸附去除。不同基质类型对氨氮与总磷具有不同的吸附能力,同时,吸附效率受到水质、水力条件等参数影响。此外,基质为微生物提供附着表面,基质材质、内部孔道结构、比表面积等均影响生物膜的形成与发展,进而间接影响人工湿地的污水净化功能。通过改变基质所处淹没/暴露状态、增加缓释碳源基质、增加铁碳电解对基质等方式来增加补氧、强化反硝化和电化学强化,从而改善人工湿地对NH₃-N、TN与TP类污染物的去除效果。     

SRIS对垃圾渗滤液中氨氮去除效能及微生态分析

针对垃圾渗滤液中ρ（NH₃-N）较高、可生化性较差、处理困难的问题,以老龄垃圾渗滤液为研究对象,探讨了改良SRIS（土地快速渗滤系统）对NH₃-N的处理效果与最高处理负荷量,同时分析了系统不同深度的ρ（NH₃-N）的变化,并利用高通量测序技术分析了进水前、后系统中的微生物群落演替情况.结果表明:①在进水ρ（NH₃-N）为125 mg/L左右、水力负荷为0.11 m3/（m2·d）、进水频率为1次/d下,垃圾渗滤液经改良SRIS的一级、二级渗滤柱处理后出水ρ（NH₃-N）平均值为3 mg/L,NH₃-N去除率在97.5%以上;提高水力负荷为0.22 m3/（m2·d）后,NH₃-N去除率为87.27%;进水频率改为2次/d,NH₃-N去除率达到96.17%.②改良SRIS的一级、二级渗滤柱所能处理的最高NH₃-N去除量分别为200和110 mg/L,并且主要在下层和底层部分发生去除.③改良SRIS中下层微生物群落多样性最为丰富,微生物群落以变形菌门（Proteobacteria）为主,在属水平下微小杆菌属（Exiguobacterium）相对丰度最高,同时还存在多种有利于NH₃-N去除的硝化、反硝化细菌以及浮霉菌,为NH₃-N的去除提供了保障.研究显示,改良SRIS对垃圾渗滤液中NH₃-N具有良好的去除效果,可为老龄垃圾渗滤液的有效处理提供借鉴.      

冬、夏两季组合湿地系统的净化力对比分析

建立了用以处理污染河流水体的"表面流湿地-垂直流湿地-稳定塘"组合人工湿地系统,日处理水量为7万t,水力停留时间为24 h,对比分析了组合人工湿地系统冬、夏两季的水体净化力。结果表明:冬、夏两季组合湿地系统出水中COD、氨氮、TP、TN月均值可达GB 3838—2002《地表水环境质量标准》IV类标准,不同单元之间净化力差异显著,垂直流湿地贡献率最大;组合湿地系统对COD和氨氮去除率存在显著的季节性差异,冬季对COD和氨氮的平均去除率分别为25.97%和30.26%,显著低于夏季的43.07%和54.20%;组合湿地系统对氮、磷去除效果季节性差异不显著,冬季对TN和TP的平均去除率分别为48.35%和59.26%,而夏季组合湿地系统对TN和TP的平均去除率分别为48.87%和55.26%。要克服冬季对组合湿地系统净化力的影响,需考虑增强垂直流湿地单元的吸附过滤功能和提高湿地系统冬季的生物活性。     

一种多介质层波形潜流人工湿地处理重污染河水试验

我国河流污染严重,城市黑臭水体的比率日益增加。人工湿地作为一种高效低耗能的绿色处理技术,已被广泛应用于污染河水的治理。通过对比分析分层装填复合填料的多介质层波形潜流人工湿地和单一砾石填料的普通人工湿地处理重污染河水的效果,研究了特种基质填料强化脱氮除磷作用以及不同水力负荷条件的影响。试验结果表明:在水力负荷为0.2 m~3/(m~2·d)时,普通湿地对COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到55.95%、77.85%、39.80%和54.94%;多介质层湿地对COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到58.52%、75.99%、67.08%和57.31%。在水力负荷为0.5 m~3/(m~2·d)时,普通湿地对COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到68.46%、90.73%、42.13%和53.70%;多介质层湿地对COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到69.61%、89.94%、77.58%和68.63%,其脱氮效果明显好于普通湿地。以复合填料包分层装填的波形潜流人工湿地系统具有良好的脱氮除磷效果,有很好的推广应用价值。     

蔷薇湖净水型人工湿地运行效果分析

通过对蔷薇湖净水型人工湿地运行监测,分析了湿地在2017年3月-2018年10月的运行情况。结果表明:蔷薇湖净水型人工湿地运行总体情况良好,COD_Mn、NH₃-N、TN、TP出水稳定达标,出水达到GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中的Ⅲ类水标准,实现了对饮用水水源的有效净化。四季运行中,TN平均去除率均在60%以上,温度变化尚未影响去除效果。蔷薇湖净水型人工湿地中动/植物和微生物的协同作用,使得TN去除率稳定达标。