基于污水厂尾水的人工湿地系统中水体氮的水流方向分布特征及污染评价

天津临港人工湿地是以污水厂尾水为水源的组合人工湿地,为探究其水体形态氮的分布特征和污染状况,以该湿地系统为研究对象,采集并分析了湿地水样,基于GIS克里格插值法,对湿地水体形态氮和典型理化性质的分布和污染特征进行了研究,结合单因子污染指数法评价了水体污染程度。结果表明：湿地水体TN浓度为0.657~5.576 mg·L⁻¹,其中${{\rm{NO}}_3^ - }$-N (0.095~3.920 mg·L⁻¹)浓度相对较高,占TN的49.2%;沿水流方向,TN、${{\rm{NO}}_3^ - }$-N和${{\rm{NO}}_2^ -} $-N的分布趋势基本一致,从入水口至景观湖呈逐渐降低趋势;${{\rm{NH}}_4^ +} $-N的分布相对复杂,在潜流和表流湿地下游与景观湖交汇处浓度最高,表流湿地浓度最低;pH和EC分别对${{\rm{NH}}_4^ + }$-N和${{\rm{NO}}_3^ - }$-N的分布特征具有较大的影响作用。根据单因子污染指数法,湿地水体TN超标(P_i>1),调节塘TN污染最为严重,调节塘可作为TN优控区。以上结果有助于深入认识以污水厂尾水为水源的组合人工湿地中氮污染物的赋存形态及分布特征。     

利用沉水植物生长期收割进行富营养化水乍生态管理的实地研究

在以再生水为补水水源的圆明园玉玲珑水域进行沉水植物收割实验,自2011年4—12月问每隔半个月监测-次水质。结果表明,通过在生长期收割沉水植物,玉玲珑水体TP、SRP、TN、NH4-N、NO3--N和COD的平均浓度可维持在0．1、0．04、0．86、0．1、0．32和18mg／L左右,水质保持在Ⅲ类至Ⅳ类地表水之间;与之对照的不收割沉水植物的玉玲珑进水口水域,9月沉水植物开始死亡腐烂,TP、SRP、TN、NH4＋-N最高分别可达0．5、0．1、2．4和0．60mg／L;作为对照的另-以挺水植物为主的水域,水质普遍劣于有大量沉水植物生长的水域,TP、SRP、TN、NH4＋-N最高分别可达1．2、0．60、6．1和0．61mg／L。圆明园的实地实验表明,沉水植物有很强的净化水质作用,通过生长期收割,能够进-步强化其水质净化作用,可以作为-项对富营养化水体进行生态管理的有效措施进行推广。     

渗透坝对丹江口库湾水体氮磷负荷削减的应用

为了解决丹江口库湾局部水体富营养化问题,以水体氮、磷削减负荷为目标,利用渗透坝对库湾水体进行净化,促进库湾水体流动循环。该技术以渗透坝为主体,包括提水风车、生态塘和布水系统,设计进水负荷为16.7 L·min-1。结果表明,三级坝系统对水体中TP、TN、NH4+-N和NO3--N负荷平均削减率分别为48.3%、46.8%、56.9% 和52.1%,进水中NO3--N负荷量的标准偏差较大,为2.01,出水氮磷负荷量波动比较稳定,TN削减负荷量标准偏差较大,为1.08。TSS出水负荷量出现升高现象,分析表明TSS主要成分为固体颗粒物质。该技术的应用对库湾水体氮磷负荷具有显著的削减作用,同时能够增强库湾水体的流动循环,可有效防止水体富营养化现象发生。     

利用沉水植物生长期收割进行富营养化水体生态管理的实地研究

在以再生水为补水水源的圆明园玉玲珑水域进行沉水植物收割实验,自2011年4—12月间每隔半个月监测一次水质。结果表明,通过在生长期收割沉水植物,玉玲珑水体TP、SRP、TN、NH4+-N、NO3--N和COD的平均浓度可维持在0.1、0.04、0.86、0.1、0.32和18 mg/L左右,水质保持在Ⅲ类至Ⅳ类地表水之间;与之对照的不收割沉水植物的玉玲珑进水口水域,9月沉水植物开始死亡腐烂,TP、SRP、TN、NH4+-N最高分别可达0.5、0.1、2.4和0.60 mg/L;作为对照的另一以挺水植物为主的水域,水质普遍劣于有大量沉水植物生长的水域,TP、SRP、TN、NH4+-N最高分别可达1.2、0.60、6.1和0.61mg/L。圆明园的实地实验表明,沉水植物有很强的净化水质作用,通过生长期收割,能够进一步强化其水质净化作用,可以作为一项对富营养化水体进行生态管理的有效措施进行推广。     

冬季低温条件下浮床植物对富营养化水体的净化效果

在冬季低温条件下,采用浮床无土栽培技术,研究了水芹菜、多花黑麦草以及大蒜3种耐寒植物对富营养化水体的净化效果。试验结果表明,3种植物在水温4.0～10．1℃的条件下均生长良好,对水体中TN、NH4^＋-N、TP、CODMn污染物的去除率分别为59.3％～29.2％、65、2％～39.3％、55.6％～33.9％,55．7％～49．5％．对藻类的抑制率为88．4%～92．3％。通过比较,水芹菜净化能力最强,多花黑麦草次之,大蒜最弱。本项研究丰富了冬季低温条件下治理富营养化水体的方法．也为冬季浮床植物的选择提供了依据。     

2种改良土壤渗滤系统对降雨径流中氮的去除

为研究改良土壤渗滤系统对降雨径流中不同形态氮(NH4+-N,NO3--N,NO2--N,TN)的去除效果及径流中氮负荷对氮去除率的影响,实验分别以聚氨酯泡沫和人工草皮为改良材料,以降雨径流中的氮为处理对象进行室内模拟研究。结果表明,聚氨酯泡沫土壤渗滤系统及草皮土壤渗滤系统对TN,NH4+-N均具有较好的净化效果,并表现出良好的耐冲击负荷能力。TN平均去除率分别为72.65%和71.07%,NH4+-N平均去除率分别为98.10%和99.09%。2种渗滤系统对NO3--N去除效果均较差,表现为-420.07%和-171.66%的负去除率。聚氨酯泡沫土壤渗滤系统对NO2--N的平均去除率为87.29%,高于草皮土壤渗滤系统53.77%的平均去除率。总体上,聚氨酯泡沫土壤渗滤系统对径流中氮的去除效果优于草皮土壤渗滤系统,具有较好的应用前景。     

蜘蛛兰去除不同程度富营养水体中氮磷及抑藻效应

研究了蜘蛛兰在不同程度富营养化水体中对氮、磷的去除和对藻类的抑制效应。结果表明,蜘蛛兰在3种不同程度富营养化水体中均能正常生长,且对富营养水体中的氮、磷和叶绿素a浓度均表现出良好的净化去除效果。在45d的实验中,3种不同程度富营养水体的TN、N03-N、NH4-N和TP浓度分别由初始的3．69～25．65、2．79～21．14、0．75～3．57和0．14—1．23mg／L降至1．25～18．99、1．08～16．03、0．18～1．39和0．06～0．77mg／L,在3种不同程度富营养水体中植物的平均生物量累积增长率分别为40．98％、64．41％和95．08％。实验各处理组富营养化水体中的叶绿素a浓度及荧光参数短期内都显著下降,而各对照组中则较稳定或略有下降。蜘蛛兰不仅可以净化富营养水体中营养元素,且对水体中藻类的生长有明显的抑制作用,其在水体生态修复工程中具有良好的应用前景。     

混合液回流比对MSBR工艺强化生物脱氮的影响

针对二级城镇污水处理厂提标改造时出水氮、磷指标很难同时达到一级A标准（GB18918-2002）的情况,提出了改良式序批式反应器（MSBR）的强化生物脱氮运行模式,并通过生产性实验研究了MSBR工艺混合液回流比（6单元回流至5单元）对出水COD、TP、NH4＋-N及TN的影响。实验结果表明,MSBR工艺混合液回流比对COD、NH4＋-N去除基本上没有影响,但对TN和TP去除有影响。当回流比从0提高1和1．5时,TP去除效率分别降低了5．85％和4．06％;而TN去除效率分别提高了10．46％和7．87％,同时出水TN可稳定达到一级A标的要求。从控制运行能耗和脱氮效果的角度综合考虑,该污水厂强化生物脱氮的混合液回流比控制在1是比较合适的。     

水蕹菜对苏州重污染水体净化功能的研究

采用浮床无土栽培技术，在苏州重污染河道上种植水蕹菜以控制重污染水体水质。不仅进行了静态试验，而且在重污染河道苗家河上作了示范应用，效果显著。静态试验结果表明，在气温35℃、水温30℃以上的条件下，水蕹菜对苏州重污染水体中的CODMn、TN、NH4^＋-N、TP等的去除率分别为37．0％、92.9％、93．9％、94．3％；苗家河示范工程水域中水质有明最改善，透明度达90～130cm。由此证明水蕹菜是对苏州熏污染河道净化处理的优良生物材料之一。     

厌氧流化床微生物燃料电池同步除碳脱氮产电性能影响因素

研究了厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)除碳脱氮产电性能的影响因素。结果表明:(1)AFB-MFC对NH4+-N的去除不起作用。电压下降主要是由于进水有机基质浓度下降造成。(2)不添加NO3--N时,在满足AFB-MFC脱氮所需的电子供体条件下增加进水COD/TN有利于AFB-MFC产电。(3)3种无机氮共存下,AFB-MFC在进水有机碳与无机氮质量比(C/N)不低于1.37时,对COD、NO2--N和NO3--N具有理想的去除效果。AFB-MFB在一定进水C/N范围内(1.37～2.50),能得到稳定的输出电压及功率密度。(4)固定进水C/N时,AFB-MFC在高碳氮负荷下仍能得到较理想的NO2--N、NO3--N、COD去除效果,AFB-MFC对NH4+-N去除效果不明显;增加碳氮负荷,AFB-MFC输出电压及功率密度没有明显的改变。(5)有机基质浓度不变下,AFB-MFC中充足的电子供体可保证较高的NO3--N、COD去除率。AFB-MFC输出电压及功率密度随着时间延长而先增加至稳定值后下降。     

海水微生物菌群去除铵氮和亚硝酸氮研究

研究了筛选的自养和异养微生物菌群的脱氮效果后发现，异养微生物无论是生长还是对NH4^ -N及NO2-N的去除都明显好于自养微生物。通过研究，培养出了具备很强脱氮能力包含自养和异养菌的混合微生物，在细胞干重浓度为0．48g／L的情况下，在实验3h和5h后，可将初始浓度106mg／L的NH4^ -N和初始浓度49．9mg／L的NO2^--N全部去除。     

不同C／N下人工湿地的脱氮效果及其强化措施

以人工湿地为研究对象,分析了不同C／N下人工湿地的脱氮效果。结果表明,C／N为10时,TN、NO2-N和COD平均去除率分别为（75．36±10．55）％、（86．34±9．23）％和（67．60±4．10）％,都显著高于其他2组系统（P=0．006、0．001、0〈0．01）;随着C／N的增加,NO3-N去除率呈现出上升的趋势;NH4-N刚好相反,C／N为1时,明显要高于其他2种情况（P=0〈0．05）,平均去除率为（65．42-1-14．31）％。针对C／N为1时人工湿地脱氮效率较低（51．294-14．48）％的情况,对系统进水采取了添加一定量好氧反硝化细菌固定化小球并曝气12h的强化实验措施。结果发现,强化实验条件下TN、NOr-N和N03-N去除率均提高了10％以上,且都要明显高于非强化实验条件（P：0．003、0、0〈0．01）,同时NH4-N和COD去除率没有明显差异,研究结果表明,从微生物角度对系统进水进行前处理有助于提高人工湿地脱氮效率。     

沸石与生物沸石薄层覆盖技术削减富营养化景观水体氮比较研究

以扬州古运河河水和表层沉积物为研究对象,实验室静态模拟实验比较研究了沸石与生物沸石（即附着高效异养硝化菌和好氧反硝化菌的沸石）薄层覆盖削减富营养化景观水体氮效果,考察了生物沸石薄层覆盖削减氮可行性,探讨了生物沸石薄层覆盖削减氮的机理和影响因素。实验结果表明,当实验历时21d时,2kg／m^2（2mm厚）的沸石和生物沸石覆盖对上覆水体TN的削减率分别为36．92％和60．41％,生物沸石比沸石对TN削减率提高了23．48％,高效菌的生物脱氮作用明显;21d后生物沸石覆盖对TN的削减率维持在60％～75％,但生物沸石相对于沸石削减氮的效果有降低趋势。实验后期碳源不足是影响高效菌生物脱氮的主要影响因素。可见,生物沸石薄层覆盖削减富营养化景观水体氮是可行的,但需要进一步研究强化高效反硝化细菌适应能力方法。     

土壤渗滤介质系统去除雨水径流污染物

利用昆明当地的土壤在室内填装一个土柱渗滤系统,使用配水浓度模拟昆明市区雨水径流污染物浓度,进行去除雨水径流污染物的实验研究,考察系统对COD、TN、NH4＋、NO3^-、NO2^-和TP的去除效果。实验结果表明,该土壤渗滤系统对COD平均去除率为82．04％,对TN的平均去除率为22．64％,对NH;平均去除率为94．26％,但是对NO3^-、NO2^-去除效果较差,对TP平均去除率为96．95％;另外,系统长期运行导致下渗速度降低,出水效果反而变好。     

低温季大型表流湿地对微污染水体脱氮效果及优化运行

低温季表流湿地脱氮效果下降是业内公认的难题,长期以来备受人们的关注,但针对大型表流湿地处理微污染水体的相应研究开展较少。综述了表流湿地脱氮机理及低温季限制因素,同时以盐龙湖工程的表流湿地单元为实例,分析了其在低温季对微污染水体中各形态氮素的净化效果,从优化湿地运行角度出发开展研究。结果表明,在低温季表流湿地进水的TN平均值为1.16~3.35 mg/L条件下,TN、NH3-N、硝态氮、Org-N的平均去除率为13%、35%、15%、-14%;显著影响表流湿地出水TN浓度的因素为湿地运行面积、进水负荷、温度以及进水浓度(p 湿地运行面积(负相关)> 进水负荷(负相关)> 温度(负相关)。显著影响表流湿地NH3-N出水浓度的因素为温度与进水浓度(p温度(负相关);当HRT从3-N的平均去除率分别由6%、26%提升到17%与41%。     

污泥臭氧减量化过程中氮溶出物的规律

以污泥臭氧减量化过程中含氮物质的转变为研究核心,分析了减量过程中不同形态氮溶出物随臭氧投量的变化,并利用线性回归方程归纳出污泥溶解过程中各形态含氮物质的溶出规律。结果表明：当臭氧投量在0.15 g O3·（g TSS）-1时,TN的增长速率最高,增幅达437.44%,此时MLSS减少了41.28%,可将0.15 g O3·（g TSS）-1视为臭氧最佳投量;XPS图谱显示,溶出的NH4+-N、NO3--N主要由污泥絮体中铵态氮和硝态氮的释放所致,而凯氏氮主要来源于胞内蛋白质-N（有机态凯氏氮）的溶出,在臭氧投量为0.30 g O3·（g TSS）-1时,凯氏氮占溶出TN的93.46%;最终建立TN关于ΔMLSS、臭氧投量D和臭氧浓度C的数学模型为TN=ΔMLSS·（0.000 96C+0.011 2）=e3.992·D0.774·C1.466·（0.000 96C+0.011 2）,该模型应用范围为MLSS=4 000~5 000 mg·L-1,20 mg·L-1C-1,0.02 g O3·（g TSS）-1D3·（g TSS）-1。     

水生蔬菜型湿地植物对氮、磷营养盐的吸收动力学

采用改进的常规耗竭法研究了6种蔬菜型湿地植物根系对氮、磷营养盐的吸收特征及差异。这6种植物根系对NH4+-N、NO3--N和H2PO4-的吸收动力学特征均可采用Michaelis-Menten方程描述。结果表明：不同植物对氮、磷的最大吸收速率Imax和最小亲和力Km有显著差异。6种植物对NH4+-N的吸收速率最大,对H2PO4-的亲和力常数较小,所以当水体中氮、磷浓度较低时,优先选择吸收磷,但对铵态氮的吸收速率最快。通过对6种植物根系吸收氮、磷的最大吸收速率Imax和亲和力常数Km的比较可知,空心菜根系拥有最大的Imax和最小Km,说明空心菜能够适应任意浓度的水体净化,芋头Imax较低而Km较大,说明芋头不适宜作为生态修复植物;韭菜适合高氮、磷水平的水体净化,可用作水体修复中的先锋植物,生菜适合低氮、磷水平的水体净化;雪里蕻适宜用于低P、低NH4+-N、高NO3--N水体修复,金花菜则是对高P、高NH4+-N、低NO3--N水平的污染水体处理效果相对较好;但考虑食用安全性问题,重金属含量可能超标,工程应用时需谨慎。     

湿热水解处理餐厨垃圾氮素转化规律

为了研究餐厨垃圾湿热水解过程中氮素的变化规律,设计了10、30、60、90和120℃5个温度水平以及30、60、90、120、150和180min6个加热时间水平,进行了30组完全实验,对不同湿热条件下餐厨垃圾粗蛋白、TN、NH4＋-N、NO3-N、有机氮及氨基酸等氮的不同存在形式的变化规律进行实验研究。结果表明,10、30及60℃条件下蛋白质的高级结构不会改变,利于粗蛋白的积累,且在温度120℃,加热时间90min条件下粗蛋白百分含量最高,占干物质的31．34％;随温度的升高和加热时间的延长TN、NHf-N和有机氮含量均上升;当温度达到120℃,由于水解反应,各温度处理下NHf．N浓度超过有机氮浓度,而NO3-N始终维持较低水平。氨基酸总量随温度的升高和水解时间的延长呈上升趋势,当温度达90％,加热时间达180min时,处理后餐厨垃圾总氨基酸百分含量最高,达164％,但温度达到120℃时,随着处理时间的延长,餐厨垃圾总氨基酸含量明显降低。     

6种湿地植物吸收污水中氮和磷的动力学

为研究不同湿地植物对污染水体中氮、磷的去除效果,采用改进耗竭法研究水竹、金花菜、空心菜、雪里红、芋头和韭菜等6种湿地经济植物对溶解性总磷（TSP）、硝态氮（NO3--N）及铵态氮（NH4+-N）的吸收动力学特征。目的是在对污染水体进行修复时,可以根据不同的污染程度选择相应的经济作物。结果表明：空心菜适应任何TSP、NO3--N及NH4+-N浓度的污水,水竹则适应TSP、NO3--N及NH4+-N浓度较低的污染水体;韭菜与金花菜对TSP、NH4+-N浓度较高的污染水体有较大吸收效率,而雪里红则适合浓度较低的水体;对于含NO3--N水体,韭菜与雪里红具有较大吸收速率,适宜高NO3--N水平的养分条件,金花菜具有较大亲和力,适宜于NO3--N浓度低的污染水体;芋头的最大吸收速率最小而亲和力最大,不适宜作为湿地植物修复污染水体。6种湿地植物都具有喜铵性,对NH4+-N有更好的吸收效果。     

太湖流域小型水源性湖泊氮、磷时空分布及营养状态评价

2009年11月至2010年10月,对太湖流域小型水源性湖泊20个采样点水体的TN、TP、NO3--N、NH4+-N、NO2--N以及PO43-等水质因子进行测定分析,讨论了氮、磷时空分布特征,并评价其富营养化程度。结果表明,TN、TP年均值分别为1.50、0.05mg/L;TN、TP的季节性变化规律具有一定差异,TN浓度为冬、春季高于夏、秋季,而TP浓度为2009年11月至2010年3月高于其他月份。由于受入湖河流的影响,TN、TP的空间分布格局较为相似,均表现为西南部高于东北部、入湖口分别高于湖中心和出湖口。NO3--N年均值为0.68mg/L,浓度变化趋势呈双峰型(2010年3、9月为峰值),基本同TN的变化趋势一致,空间分布表现为入湖口分别低于湖中心和出湖口(除冬季外),显示水体硝化过程对硝酸盐的贡献。NH4+-N年均值为0.23mg/L,从2010年4月开始浓度逐渐升高,到2010年7月达到全年最高值,其浓度空间分布特征表现为入、出湖口均高于湖中心(除秋季外)。NO2--N和PO43-的年均值都较低,均为0.01mg/L(以P计),时空差异不明显。根据CARLSON提出的营养状态指数法计算分析可知,该湖泊冬、春季处于中营养状态,夏、秋季营养状态略高,且磷是全年初级生产力的限制因子。