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.     

潮汐流人工湿地处理高速公路服务区污水研究

研究芦苇和菖蒲床潮汐流人工湿地系统对径流污水的处理效果,结果表明SS去除率可达90%以上;总磷的去除率基本维持在50%左右;氨氮的去除率维持在40%~50%左右。重金属去除效果研究中,总Zn的去除效果比对溶解态Zn的去除效果好,其中芦苇床湿地对溶解态Zn的平均去除率为52.74%,对总Zn的平均去除率为62.65%,菖蒲床湿地对溶解态Zn的平均去除率为47.60%,对总Zn的平均去除率为59.15%。根际酶活性的研究结果表明,芦苇根际脲酶活性高于菖蒲,磷酸酶活性受重金属Zn影响较大,Zn对芦苇根际磷酸酶有一定的刺激作用,对菖蒲根际磷酸酶具有一定的抑制作用。     

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O2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3000μmol·(m2·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。     

太阳能曝气下生物炭漂浮湿地的净化能力

构建了以沙子和生物炭混合为基质的漂浮人工湿地,并利用光伏板发电驱动曝气,研究曝气和生物炭对漂浮人工湿地溶解氧和净化能力的影响及机理。结果表明,曝气30 min时,漂浮人工湿地基质外的DO含量稳定在7 mg/L;曝气10 min和90 min后漂浮人工湿地基质中的DO含量分别为2.0 mg/L和2.7~3.3 mg/L。停止曝气后漂浮人工湿地外的DO下降,当停止曝气240 min后,DO含量下降到1.8 mg/L,恢复到曝气前的水平。漂浮人工湿地加入生物炭对NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP和COD的去除率分别提高了31%、7%、70%、5%和7%。曝气后,漂浮人工湿地对NH_4~+-N、TN、TP和COD的去除率分别提高了44%、176%、6%和9%。曝气能有效提高漂浮人工湿地DO含量,可使DO含量从0.2 mg/L增加到7 mg/L,从而提高人工湿地的净化能力。光伏板发电驱动曝气和生物炭有利于提高漂浮人工湿地的净化能力。     

微氧水解强化复合型人工湿地中试反应器的性能研究

考察两组微氧水解强化复合型人工湿地(MA-HCW)组合的中试反应器,对城市黑臭水体的净化处理效果。两组反应器分别种植风车草和菖蒲两种植物,运行的水力负荷为0.2 m~3/(m~2·d)。结果表明,种植风车草的人工湿地系统(A系统)的总体净化效果略优于种植菖蒲的人工湿地系统(C系统)。A系统的COD、BOD5、TN、NH_4~+-N、TP、TSS平均去除率分别为69.65%、75.2%、58.33%、38.46%、59.8%、82.1%。研究表明,微氧水解功能段有效降低了进水中TSS的浓度,起到预防湿地系统堵塞的作用。数据分析显示COD、NH _4~+-N和TN的去除率与溶解氧和温度有相关性。     

曝气气水比对人工湿地处理效果的影响

从溶解氧角度出发,考察了曝气气水比对人工湿地处理效果的影响。选取气水比为0、2、4、6、8、10、12七种工艺参数进行试验。结果表明,曝气可明显改善整个湿地的溶解氧水平及湿地的处理效果,尤其是脱氮效果。在气水比为6时,人工湿地各污染物的去除率达到最大,COD去除率为85.6%,TP去除率为70.9%,TN去除率为83.1%,NH3-N去除率为84.2%,出水NO3--N浓度最低,为6.32 mg/L。     

生物炭添加对曝气人工湿地脱氮及氧化亚氮释放的影响

尽管增加曝气会提升潜流人工湿地中溶解氧(DO)浓度,改善污染物去除效果,但由于湿地中氧扩散条件差,易引起DO分布不均,导致氧化亚氮(N_2O)的排放.生物炭由于孔隙率大、比表面积大,近年来逐渐被应用于传统湿地系统,实现强化脱氮和温室气体减排.为了探讨生物炭对曝气潜流湿地的影响,本实验在温室内构建曝气生物炭潜流湿地(SW),以常规曝气潜流湿地(CW)作为参照,探究生物炭投加对湿地系统脱氮性能及N_2O排放的影响.结果表明,SW系统曝气段平均DO浓度为2.66 mg·L~(-1),较CW提高了0.42 mg·L~(-1).SW系统平均出水NH_4~+-N和总氮(TN)浓度为0.17 mg·L~(-1)和1.98 mg·L~(-1),去除率分别达到99.5%和95.0%,较CW提高了5.1%和6.9%.生物炭的投加对湿地系统有机物污染去除效果无显著影响(P0.05),出水化学需氧量(COD)稳定在25 mg·L~(-1),去除率达到94.0%.SW系统中N_2O的平均释放速率为0.27 mg·(m~2·h)~(-1),较CW系统降低了70.7%.因此,生物炭投加可作为一种有效的控制手段来强化曝气湿地系统脱氮,实现N_2O气体减排.     

潜流湿地植物优选及对总磷日均去除负荷研究

以5种人工湿地常用植物芦苇、香蒲、菖蒲、水葱和黄花鸢尾为研究对象,利用静态污水水培试验,通过对比每种植物3 d内对氮、磷的去除率,确定适宜的潜流湿地品种为芦苇和香蒲,芦苇对氨氮、总氮和总磷的去除率分别为30.2%、18.4%和29.2%,香蒲对氨氮、总氮和总磷的去除率分别为25.1%、15.4%和29.2%。并且分析每种植物的总磷日均去除负荷量,芦苇和香蒲的总磷日均去除负荷量为70 mg/(d·m2),试验结果对工程设计具有参考价值。     

微动力组合式生物滤池与潜流式人工湿地联合技术处理生活污水的试验研究

本文考察了微动力组合式生物滤池与潜流式人工湿地联合工艺对嘉应学院生活污水的处理效果。结果表明,当进水水力负荷达到10 m~3/(m~2·d)时,滤池系统具有良好的处理效果,COD平均去除率为80%以上,COD去除效率稳定。同时通过更换滤池滤料,还可明显增强氨氮、总磷的去除效果。后续搭配潜流人工湿地,出水可达到污水排放标准。     

厌氧段-人工湿地处理污水高效稳定机理研究

针对农村生活污水中悬浮物(SS)影响人工湿地运行稳定性问题,该研究在人工湿地前增加折流板厌氧池形成厌氧段-人工湿地污水处理系统.为期36个月的生产性试验研究结果表明,常温下厌氧段对SS的去除率约80%,整套系统对COD、TN、TP去除率分别为80.95%、85.12%、68.15%;低温下系统对COD、TN、TP去除率...     

四种不同植物湿地对不同C/N比生活污水的净化效果与季节动态

进水浓度、C/N比、植物种类是影响垂直流型人工湿地对生活污水净化效果的重要因素.本文主要研究了菖蒲(Acorus calamus)、香蒲(Typha orientalis)、千屈菜(Lythrum salicaria)和水葱(Scirpus Validus)等4种植物湿地在不同碳添加及C/N比处理条件下对模拟生活污水的净化效果和季节动态.结果表明,4种湿地植物在不同C/N比(2.5∶1、5∶1和10∶1)进水条件下均能正常生长.在一个生长季内4种湿地植物对主要污染物的平均去除效率为:COD 63.41%~78.02%,TN 33.19%~52.86%,TP 52.64%~73.16%.当C/N为5∶1时,香蒲湿地的COD和TP去除效果最佳,而当C/N为2.5∶1时,菖蒲湿地的TN去除率最高.夏末秋初(7—9月)人工湿地的净化效果较好,而冬季(11月—翌年1月)去除效果明显下降.总体而言,合理地调控进水浓度、C/N比,选择最佳的湿地植物,可显著提高垂直流型人工湿地对生活污水的净化效果.     

铁矿石和生物炭添加对潜流人工湿地污水处理效果和温室气体排放及微生物群落的影响

人工湿地中基质的种类和填充方式会影响人工湿地中微生物的多样性及丰度,进而影响污水处理效果.通过在温室内构建空白-人工湿地(CW0)、铁矿石-人工湿地(CW1)、生物炭-人工湿地(CW2)和铁矿石+生物炭-人工湿地(CW3)这4组湿地,研究不同填料人工湿地系统的污水处理效果和温室气体排放及微生物群落结构的差异.结果表明,...     

低温环境下人工湿地植物组配对养殖废水的处理效果研究

强化低温环境下人工湿地的污水处理能力,对于促进人工湿地的应用推广具有重要的意义。本研究利用绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)和菖蒲(Acorus calamus L.)两种湿地植物,在室外低温环境下(＜15℃),研究人工湿地植物组配对不同负荷养殖废水的处理效应及关键影响因素。结果表明,在不种、单种和不同顺序混种绿狐尾藻(M.aquaticum)和菖蒲(A.calamus L.)处理下,菖蒲+绿狐尾藻组合湿地(AM)对TN、TP和COD去除率均为最高,在低负荷和高负荷环境下平均去除率分别为74.2%、71.3%、83.0%和67.3%、81.9%、75.3%。相较于空白对照和植物单种的湿地系统,植物混种系统的DO较高,且AM处理在低负荷和高负荷环境下均能保持较高的C∶N。根据Pearson相关性以及PCA分析,DO与TN、NH⁺₄-N去除率显著相关(P<0.05),C∶N与COD去除关联性最好。可见,菖蒲+绿狐尾藻植物组合可能通过改善DO和C∶N等湿地微环境条件来增强湿地对污染物的去除,能够作为低温环境下强化湿地对污染物去除的一种有效措施。     

不同生物炭对酸性农田土壤性质和作物产量的动态影响

为研究不同原料生物炭对农田土壤酸度、交换性能、磷素养分以及作物产量的综合动态影响,试验设置空白（CK）、水稻秸秆生物炭（RSB）、玉米秸秆生物炭（MSB）、小麦秸秆生物炭（WSB）、稻壳生物炭（RHB）和竹炭（BCB）这6种处理,生物炭按质量分数0.1%施入农田进行长期定点试验,测定水稻、油菜和玉米这3季作物产量和作物收割后的土壤理化性质.结果表明,添加不同原料生物炭可有效提高土壤pH和交换性能,降低交换性酸含量,作用效果随时间下降.生物炭对盐基离子组成的影响为提高交换性K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺含量,降低Na⁺含量.生物炭能不同程度地增加土壤有机质（SOM）、速效磷、总磷和无机磷（Al-P和Fe-P）含量,作物产量较当季对照显著提高（P<0.05）,稻壳生物炭在改良酸性土壤理化性质和提高作物产量方面效果较好.     

拉鲁湿地水生植物群落多样性与水环境因子的关系

植物的多样性对湿地生态系统的完整性和稳定性具有重要的意义.以拉鲁湿地为研究对象,采用野外调查、现场监测与室内分析相结合,重点分析了拉鲁湿地不同区域植物多样性的变化及其与水环境因子之间的关系.结果表明拉鲁湿地出现18种水生植物,各区域Margalef物种丰富度指数为M （中西部） > W （西部） > E （东部） > N （北部） > S （南部）;物种丰富度由大到小排序为W （11）、M （11） > N （8） > E （7） > S （6）; Shannon-Wiener指数依次排序为M （1.9） > W （1.89） > S （1.63） > E （1.26） > N （1.18）;Simpson指数依次排序为N （0.44） > E （0.34） > M （0.24） > S （0.21） > W （0.18）;Pielou指数依次排序为S （0.91） > M （0.79） > W （0.78） > E （0.65） > N （0.56）.RDA分析表明,拉鲁湿地水生植物多样性受溶解氧、pH、水温、总氮、浊度等水环境因子的影响.拉鲁湿地以金鱼藻、杉叶藻、水蓼、水葱、菖蒲和灯芯草等为优势种,呈现由非耐污种演替为耐污种趋势.     

载氧化镁水生植物生物炭的特性表征及对水中磷的吸附

为去除富营养化水体中的磷并实现水生植物的资源化利用,以水生植物芦苇和互花米草为原材料,通过MgCl_2改性制备了不同Mg~(2+)和植物配比的共12种生物炭,考察对水体中磷的吸附能力及镁改性前后生物炭特性的差异.结果表明,当Mg~(2+)与芦苇、Mg~(2+)与互花米草的质量比为0.48、0.36时,制得的两种生物炭对20 mg·L~(-1)磷的吸附能力最强,分别为8.52 mg·g~(-1)和9.21 mg·g~(-1),是未改性时的79倍和66倍;对溶液中20mg·L~(-1)磷的去除率分别达到85.2%和92.1%.改性后芦苇和互花米草生物炭C、H、N含量减少,Mg含量分别增加到22.77%和23.46%.芦苇生物炭改性后比表面积减小了118.71 m~2·g~(-1),互花米草生物炭增加了22.59 m2·g~(-1);二者孔容和平均孔径均有所增加.改性前后生物炭的表面官能团种类相同.XRD测试指出MgO为改性生物炭的复合纳米颗粒中最主要的晶相;SEM展现了布满MgO的改性生物炭表面及孔道.机理分析表明,MgO是生物炭吸附磷的关键.     

生物炭对潜流人工湿地污染物去除及N2O排放影响

生物炭作为一种生物质废弃物的热解产物,逐渐被应用于受污染水体治理.生物炭具有提高孔隙、吸附氮磷、控制温室气体排放等作用.通过在温室内构建生物炭投加比为40%、30%、20%、10%和0%的微型潜流湿地系统(分别命名为BW-40、BW-30、BW-20、BW-10和CW-K),探究生物炭投加对湿地污染物去除及N_2O排放的影响.结果表明,投加生物炭可以提高出水氧化还原电位(oxidation-reduction potential,ORP),降低电导率(conductivity,Cond),但影响均不显著(P 0. 05).5组湿地系统中化学需氧量(COD)去除率均达到90%,但随着生物炭投加比的增加,氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)的去除效果显著提高(P 0. 05).湿地NH_4~+-N平均去除率为(34. 76±14. 16)%～(57. 96±10. 63)%,TN平均去除率为(70. 92±5. 68)%～(80. 21±10. 63)%.各湿地系统N_2O的平均释放通量在13. 53～45. 30 mg·(m~2·d)~(-1)之间,生物炭投加可以通过减少亚硝态氮(NO_2~--N)累积浓度和积累时间,实现N_2O减排,并显著减少湿地中N_2O排放占TN去除的百分比(P 0. 05). 40%的生物炭投加比可以实现70. 13%的N_2O减排效果.     

不同污染区巨菌草生物炭内源污染物分布及其生物毒性

由于生物质原料来源广泛,缺乏生物炭内源污染物及其用量限制标准,极有可能将含有高内源污染物的生物炭用于环境修复,产生潜在的环境风险.采用清洁区、中度和重度污染区的巨菌草为原料制备生物炭,考察其内源铜（Cu）和镉（Cd）全量及其酸溶态含量和持久性自由基（PFRs）分布,并研究生物炭浸出液对小麦根伸长抑制率和抗氧化酶活性的影响.结果表明,重度污染区九牛生物炭Cu和中度污染区水泉生物炭中Cd含量分别是清洁区红壤生物炭Cu和Cd的3.73倍和4.43倍,九牛生物炭中酸溶态Cu含量分别是水泉和红壤生物炭的3.32倍和2.84倍,水泉和九牛生物炭中酸溶态Cd含量分别是红壤生物炭的7.95倍和5.11倍.3种生物炭中均含有相邻氧原子以碳为中心的PFRs,表现为：红壤>九牛>水泉.3种生物炭浸出液对小麦根伸长均表现为抑制作用,但均不同程度地提高了小麦幼苗超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性,其中九牛生物炭浸出液对小麦根伸长抑制率最高,达到27.7%.本研究表明,生物炭中内源重金属及PFRs等污染物的共同作用对小麦幼苗产生了显著的生物毒性,后期的研究需关注生物炭内源污染物的潜在环境风险,避免产生二次污染等环境问题.     

人工湿地不同区域基质磷含量的差异分析

基质吸附是人工湿地磷去除的主要途径,吸附能力易受环境条件的影响,为了探讨人工湿地运行时内部多样化理化环境对基质磷吸附的影响,以相同基质的无植物和有植物水平潜流人工湿地实验系统为对象,在对人工配制有机污水进行5个月处理后,分析了2个系统不同区域基质中总磷及各主要无机态磷的含量.结果表明,植物系统各部分基质中总磷含量呈现较大的差异,总磷最高的进水区根际基质达0.75 g·kg-1,其次是进水区抖落和出水区根际基质,最低的出水区非根际基质只有0.21 g·kg-1,无植物系统各部分基质总磷含量比较接近,在0.21～0.27 g·kg-1之间,总体来看,植物系统基质总磷含量高于无植物系统;与实验前相比,两系统各部分基质中铁磷、铝磷和钙磷含量都升高,是基质吸附无机磷的主要赋存形式,铁磷和铝磷在两系统不同区域基质中变化特点相似,植物系统进水区根际、抖落基质铁磷、铝磷含量大幅增加,而出水区和无植物系统各部分增加量相对较少;两系统各部分基质钙磷含量升高相对较均衡,但植物系统进水区和出水区根际基质含量也略高于其他部分;两系统各部分基质松散结合态磷和闭蓄态磷含量都比较低;植物根系对基质磷含量具有明显影响,总磷、铁磷、铝磷、钙磷和松散结合态磷含量呈现距离植物根系越近含量越高的特点.