潜流人工湿地填料筛选及其对小城镇微污染水的修复性能评价

为了选择适合小城镇潜流人工湿地的填料,选取小城镇较为常见的材料(废砖、卵石、碎石),结合物化性质,研究25℃下填料对磷的吸附效果,并分析了填料种类对野外潜流人工湿地运行的影响。结果表明:(1)25℃时,3种填料对磷的吸附量随着溶液中初始磷浓度的增加而增加,吸附能力依次为废砖>碎石>卵石;(2)野外潜流人工湿地运行过程中,随HRT的延长,组合填料湿地WL1和废砖填料WL2湿地对总磷的净化效果有所提高,且WL2湿地对总磷的去除效果略优于WL1。因此,可以选择废砖作为小城镇潜流人工湿地系统的填料。     

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。     

炉渣填料组合潜流湿地对不同污染程度河水处理效果研究

利用炉渣作填料的水平潜流(HFCW)+垂直潜流(VFCW)组合而成的人工湿地系统处理污染河水,研究了不同进水浓度时湿地系统对河水中有机物和氮磷营养物质的去除效果。结果表明:在满水位运行(水深75 cm),水力负荷为0.4 m3/(m2·d)的条件下,组合潜流人工湿地对河水中有机物有较高的处理效率,进水ρ(COD)为100 mg/L左右,去除率稳定在90%以上;同时具有较强的营养物质去除效果,进水氨氮、硝态氮、总磷质量浓度分别为6~12,8~16,3~9 mg/L,氨氮、硝态氮、总磷去除率分别维持在45%、80%、55%以上;垂直潜流湿地复氧效果优于水平潜流湿地,以水平潜流人工湿地作为一级处理单元的组合方式对硝态氮有较好的去除效果。     

不同填料对潜流湿地PO43——P去除效果的影响

为解决中国西部农村生活污水的面源污染问题,采用吸附动力学和热力学试验,测定了6种天然和非天然潜流湿地填料吸附水中PO₄3--P的特性。结果表明:填料的吸附平衡时间均为24 h;对PO₄3--P的动力学吸附过程符合Elovich模型;温度为15~35℃时,砾石、混凝土、红砖、瓷砖和生物炭对PO₄3--P的平衡浓度为40 mg/L;砾石和生物炭对PO₄3--P的吸附过程符合Langmuir模型;混凝土、瓷砖、红砖和无烟煤对PO₄3--P的吸附过程符合Freundlich模型;吸附过程主要以物理吸附为主且吸热,PO₄3--P在填料中的吸附为焓推动作用,均不属于自发过程;在24 h时,混凝土对PO₄3--P的去除率为73.45%;因此,混凝土对PO₄3--P吸附效果最佳,更适宜作湿地填料。     

潜流人工湿地在处理污染河水的试验研究

利用处理效率较高的潜流人工湿地,在水力负荷和停留时间相同的条件下,选用6种不同的填料和植物组合方式,对某被污染的河流河水进行处理,通过对比,表明不同的组合方式在处理不同的项目时,处理效果亦有很大的差异.就单一的污染物而言,各种填料与植物的不同组合方式在污染物去除率方面可以发现明显的规律性,但综合各种污染物就很难证明哪一种组合方式为最佳组合方式.     

潜流湿地处理生活污水时的强化策略

研究在潜流湿地处理生活污水时通过预处理强化、介质优化和工艺改进克服现有技术缺陷的可行性.改进方法包括化学强化预处理、预曝气、添加氮吸附介质、添加磷吸附介质、湿地高浸润线、中浸润线、低浸润线和动态浸润线运行.结果表明,化学强化预处理不仅可以除磷,而且削减湿地污染负荷可使后续湿地面积减小63%,但是不能有效脱氮.预曝气仅使氨氮去除率提高了1%.添加氮吸附介质的有效时间短,运行前3个月对NH₄⁺-N去除率为84%,5个月后下降到64%.添加磷吸附介质的有效时间较长,可维持数年.因此,脱氮过程只有通过基质微生物实现.稳态浸润线下对COD、NH₄⁺-N、TN、TP的去除率,高浸润线湿地为50%、21%、32%、-26%;中浸润线湿地为53%、48%、48%、-14%;低浸润线湿地为74%、96%、35%、22%.提出动态浸润线及序批式潜流人工湿地工艺(CBSW),其对COD、NH₄⁺-N、TN、TP去除率为67%、62%、53%、33%.CBSW实现了单级湿地内好氧/缺氧环境的交替出现,提高了脱氮能力,除污综合表现最佳.     

浅析潜流湿地在北方尾水净化中的应用

国内污水处理厂尾水深度净化需求不断加大,而人工湿地因具备运行费用低、维护管理简单方便、生态景观效果好等优点,成为此领域的主流工艺之一。北方地区因冬季天气寒冷,主要采用保温性较好、净化效率高的潜流湿地工艺。文章系统介绍了潜流湿地的定义、结构形式和净化原理,并对北方地区尾水净化潜流人工湿地的设计、施工、运维要点进行了说明,分析了潜流湿地用于北方地区污水处理厂尾水净化存在哪些优势和不足,并对其未来发展方向进行了展望。     

修复富营养化水体的潜流湿地中微生物生物量特征

构建了水平潜流芦苇人工湿地,在固定水力负荷条件下,对富营养化污水进行了近2年的修复处理.分别在第2年的1、5、8和10月份在湿地前、中、后部不同深度处取基质样品,采用氯仿熏蒸法测定了微生物生物量.结果表明,湿地基质微生物碳(MB-C)、微生物氮(MB-N)和微生物磷(MB-P)基本遵循前部大于中部大于后部和上层大于下层的规律.微生物量1、5月份大于8、10月份.考察了基质微生物量与同期湿地氮磷去除效率的关系,结果显示,湿地基质微生物量与TN去除率相关性不显著;MB-C与TP以及MB-N、MB-P与TP去除率呈显著负相关,r分别为-0.98(P<0.05)和-0.99(P<0.01).在人工湿地中,微生物量本身参与到系统中氮素、磷素的循环转化,成为一个动态活性营养库,可以被植物利用,在每个生长年内随植物生长和温度变化而波动,在本试验条件下,第2年MB-C、MB-N和MB-P平均分别为85.0-160.6、16.3～34.9和3.12～5.77μg·g-1.湿地微生物量和氮磷净化能力的变化特征是温度、微生物、植物、基质以及酶等因素综合作用的结果.     

亚热带地区潜流人工湿地木本植物筛选与净化潜力评价

为了解决亚热带地区人工湿地植物的冬季草本植物地上部分枯死的问题,本研究引入16种木本植物到潜流人工湿地中进行净化潜力筛选与评价,并对木本植物的适应形态特性、生理特性、氮磷积累量指标进行了聚类分析.结果表明,测试木本植物的成活率、株高增幅、根长增幅、根系活力、叶绿素含量、超氧化歧化酶、丙二醛、脯氨酸、过氧化物酶、生长量、氮磷平均浓度、氮磷的积累量都存在很大差异.采用建立的净化潜力评价体系将测试植物聚类分为3大类,较强的有夹竹桃、木槿,中等的有:棕榈、小叶迎春、栀子花、六月雪、龟甲冬青,较弱的有:大叶冬青、常春藤、金森女贞、金叶女贞、金边七里香、七里香、桂花、十大功劳、红叶石楠.     

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.     

Evaluation of the effectiveness of horizontal subsurface flow constructed wetlands for different media

Two media bed (gravel and Filtralite NR) were tested in a mesocosm to evaluate the removal of organic matter (as chemical oxygen demand (COD)),ammonia (NH4-N),nitrite,nitrate and solid matter (as total suspended solids (TSS)) for a synthetic wastewater (acetate-based) and a domestic wastewater.The use of Filtralite allowed average removal rates (6–16.8 g COD/(m2·day),0.8–1.1 g NH4-N/(m2·day) and 3.1 g TSS/(m2·day)) and removal effciencies (65%–93%,57%–85% and 78% for COD,NH4-N and TSS,respectively),higher than that observed in the experiments with gravel.The applied loads of COD,ammonia,nitrate and TSS seem to influence the respective removal rates but only for the treatment of domestic wastewater with higher correlation coefficients for Filtralite.Regardless the type of media bed and the type of wastewater,nitrate was completely removed for nitrogen loading rates up to 1.3 g NO3-N/(m2·day).There was no evidence of the influence of nitrate loads on the removal of organic matter.     

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。     

Relationships between loading rates and nitrogen removal effectiveness in subsurface flow constructed wetlands

Nitrogen removal of wetlands under 40 different inflow loadings were studied in the field during 15 months. The removal efficiency of four different sets of beds, namely the reed bed, the Zizania caduciflor bed, the mixing planting bed, and the control bed were studied. The outflow loading and total nitrogen (TN) removal rate of these beds under different inflow loadings and pollution loadings were investigated. The inflow loadings of 4 subsurface flow systems (SFS) ranged from 400 to 8000 mg·(m²·d)⁻¹, while outflow loadings were less than 7000 mg·(m²·d)⁻¹. The results showed that the inflow and outflow loading of TN removal rate in SFS presented an obvious linear relationship. The optical inflow loading to run the system was between 2000 to 4000 mg·(m²·d)⁻¹. Average removal rate was between 1062 and 2007 mg·(m²·d)⁻¹. SFS with plant had a better removal rate than the control. TN removal rates of the reed and Zizania caduciflora bed were 63% and 27% higher than the control bed, respectively. The results regarding the TN absorption of plants indicated that the absorption amount was very limited, less than 5% of the total removal. It proved that plants clearly increase TN removal rates by improving the water flow, and increasing the biomass, as well as activities of microorganisms around the roots. The research provided a perspective for understanding the TN removal mechanism and design for SFS. __________ Translated from Environmental Science, 2006, 27(2): 253–256 [译自: 环境科学]     

Evaluation of the e ectiveness of horizontal subsurface flow constructed wetlands for di erent media

Two media bed (gravel and Filtralite NR) were tested in a mesocosm to evaluate the removal of organic matter (as chemical oxygen demand (COD)), ammonia (NH4-N), nitrite, nitrate and solid matter (as total suspended solids (TSS)) for a synthetic wastewater (acetate-based) and a domestic wastewater. The use of Filtralite allowed average removal rates (6–16.8 g COD/(m2 day), 0.8–1.1 g NH4-N/(m2 day) and 3.1 g TSS/(m2 day)) and removal e ciencies (65%–93%, 57%–85% and 78% for COD, NH4-N and TSS, respectively), higher than that observed in the experiments with gravel. The applied loads of COD, ammonia, nitrate and TSS seem to influence the respective removal rates but only for the treatment of domestic wastewater with higher correlation coe cients for Filtralite. Regardless the type of media bed and the type of wastewater, nitrate was completely removed for nitrogen loading rates up to 1.3 g NO3-N/(m2 day). There was no evidence of the influence of nitrate loads on the removal of organic matter.     

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.     

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。     

美人蕉根系对不同基质结构水平潜流人工湿地水力特性的影响

为了研究植物根系对不同基质结构潜流人工湿地水力特性的影响,根据填料渗透系数,分别设置单层及多层基质结构潜流人工湿地小试实验系统,以美人蕉作为湿地植物,在植物栽种前与成熟后对两系统分别开展示踪试验研究.实验结果表明,美人蕉根系对于单层结构人工湿地水力特性有较明显的改善作用,有效体积从0.49提高到了0.53,短路值由0.60降低到0.41,水力效率提高最大由43%提高到59%.比较而言,植物根系对多层结构湿地有效体积和短路值有轻微负面影响,而对水力效率则有明显的改善作用(由64%提高到83%).此外,植物成熟后,两人工湿地系统中示踪剂回收率均有所下降,其中,单层结构湿地降低较显著,回收率由72%降到62%.可见,植物根系对系统水力特性有较大影响,应在人工湿地设计过程中给予考虑.     

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.