起端曝气对垂直潜流人工湿地运行效果的研究

垂直潜流人工湿地由于自身构造的限制,传氧能力较差,内部溶解氧(DO)浓度较低,若在湿地内部曝气则会限制反硝化的进行,不利于TN的去除。为解决这一问题,对垂直潜流人工湿地进行起端曝气,考察不同曝气强度下人工湿地内DO沿程变化以及污染物沿程去除规律,通过对曝气强度进行优化,以实现对湿地内部DO环境的有效调控。结果表明,随曝气强度的增加,湿地的好氧环境从表层区域逐渐扩大到40cm深度,且起端曝气人工湿地对COD、氨氮和TP的降解为垂直方向分层降解;当曝气强度达到0.86m~3/d时,COD、氨氮、TP去除率均高达80%以上,分别为85.8%、80.9%、82.7%。     

基质结构对潜流人工湿地氮磷降解规律的影响

构建单层结构及多层结构水平潜流人工湿地小试实验系统,对城市污水处理厂尾水进行深度处理,研究基质结构对人工湿地床体中氮、磷沿程变化规律的影响。实验结果表明,单层基质结构人工湿地氮、磷的降解主要集中在深度为50~85 cm之间的床体表层,底层区域(0~50 cm)浓度变化不显著;多层结构人工湿地床体中氮、磷的降解由进水口到出水口呈较为规律的推流变化,与单层结构系统相比,污染物降解主要发生区域有所扩大,集中在深度为40~85 cm的床体表层,且床体底层0~40 cm氮磷降解同样存在,只是降解速率略有降低。按照填料渗透系数进行多层填充的设计方式能够显著提升潜流人工湿地对污染物的净化性能,单层结构人工湿地系统对氨氮和总磷的平均去除率分别为40.1%和52.9%,而多层结构的平均去除率则为60.4%和73.1%。     

曝气对潜流人工湿地污染物沿程降解规律的影响

通过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床体中污染物沿程变化规律的影响。实验结果表明,曝气对污染物沿程降解规律的影响与污染物种类有关,在净化COD和氨氮时,曝气人工湿地污染物主要以水平推流式降解为主,未曝气系统床体中则出现分层现象,深度为40 cm以上的床体区域中污染物以水平推流式降解为主,40 cm以下区域则以垂直梯度降解方式为主。对于磷来说,两对比系统均以水平推流降解方式为主,但不同深度上的降解速率有所差异,曝气系统30~50 cm的床体中间层降解速率较快,而未曝气系统50 cm以下的床体底层降解速率较快。将对比系统总体净化效果进一步比较发现,对于COD的去除来说,温度的影响大些,而对于氨氮和TP的去除来说,曝气的影响则更为显著。     

表面水力负荷对锰渣陶瓷球填料人工湿地的影响研究

云贵高原地区农村面源污染严重。参照贵州铜仁农村面源污水配制模拟污水,研究了表面水力负荷对锰渣陶瓷球填料人工湿地的影响。结果表明,该人工湿地的最佳表面水力负荷为0.55m~3/(m~2·d),此时COD、氨氮、硝态氮和TP去除率分别为90.12%、76.45%、70.04%、87.48%。以锰渣陶瓷球代替砾石作为人工湿地填料能显著提高人工湿地对污染物的去除能力。     

潜流人工湿地污染河水处理系统中的填料堵塞问题研究

利用潜流人工湿地系统处理污染河水,水力负荷为0.15 m3/(m2·d).研究了该系统长期运行过程中的填料堵塞问题及其对污染物去除率的影响.构建了潜流人工湿地污染河水处理中试系统,在运行两年后,潜流人工湿地填料存在一定的堵塞现象,填料孔隙率最大减少了2.67%.填料孔隙堵塞现象主要发生在该中试系统的前段(沿水流方向距进水点0～5 m),其填料堵塞物质主要为无机颗粒物.植物对填料堵塞问题的改善作用并不显著.填料的部分堵塞对该中试系统中污染物的去除率有一定的影响,运行第2年氨氮的去除率略有降低,而COD的去除率有增加的趋势.     

间歇曝气潜流人工湿地的污水脱氮效果

采用间歇曝气运行方式,提升潜流人工湿地生活污水处理系统中的溶解氧浓度,强化脱氮效果。结果表明,间歇曝气运行方式有效提高了湿地内部溶解氧水平,曝气时溶解氧浓度可达6~9 mg/L,停止曝气后,溶解氧浓度迅速下降至0.5 mg/L以下,在湿地内部营造了一种交替的好氧和缺氧环境,分别促进好氧硝化和缺氧反硝化作用。在水力停留时间为3 d的情况下,间歇曝气潜流人工湿地系统对氨氮、总氮和COD的去除率分别可达到98.0%、87.6%和96.3%,较常规潜流人工湿地系统分别提高了74.1%、56.4%和18.1%,实现了氨氮、总氮和COD的同步高效去除。     

复合垂直流与潜流人工湿地沿程脱氮除磷对比研究

针对复合垂直流和潜流人工湿地对COD、TP、NH_4~+-N、NO~3~--N和TN的沿程去除规律进行了对比研究.结果表明,夏季复合垂直流人工湿地的去除效果均好于潜流人工湿地.对于复合垂直流人工湿地,污染物的去除主要集中在下行流池,且在进水端0～20 cm对COD、TP、NH_4~+-N和TN都有快速降解的过程.对于潜流人工湿地,进水端0～40 cm主要是COD和TP的快速降解沉淀,之后硝化作用逐渐加强,潜流人工湿地沿程均会发生反硝化作用,TN浓度基本呈均匀下降趋势.     

基于煤矸石?沸石自动改性的潜流人工湿地填料组合方案研究

针对传统砾石填料容易造成堵塞,导致潜流人工湿地处理效果变差的问题,开展填料优化选择研究。结果表明,煤矸石/沸石/砾石这一填料组合方案大大延长了潜流人工湿地的堵塞周期,比传统砾石填料组合至少晚6d,对COD、氨氮、总磷的平均去除率分别提高26.4、9.4、18.7百分点,堵塞位置向下部移动30cm,水头损失日均增加量和孔隙率变化量日均增加值分别低0.01cm和0.02%。     

核桃壳-陶粒填料曝气生物滤池去除氨氮的研究

对核桃壳-陶粒填料曝气生物滤池(BAF)的挂膜启动和处理效果进行了研究,同时考察不同的水力负荷、气水比、填料层高度对污染物去除效果的影响。结果表明:微生物在核桃壳-陶粒填料上成功挂膜仅需21d,运行稳定后核桃壳-陶粒填料BAF的COD、氨氮去除率分别稳定在92.0%、88.3%左右;在水力负荷为0.06~0.08m3/(m2·h)、气水比为9∶1(体积比)的条件下,核桃壳-陶粒填料BAF处理效果较好且较稳定,氨氮和COD去除率可达70%以上;填料层0~15cm段为核桃壳-陶粒填料BAF去除COD的高效段,15~30cm段为去除氨氮的高效段。     

不同类型潜流湿地处理养猪废水的对比

针对养猪废水的水质特点,在同等条件下开展了2种类型潜流湿地处理效果的对比研究。实验结果表明,水平潜流湿地(HSSF)与垂直潜流湿地(VSSF)由于结构设计的不同造成其布水方式和系统内部水力流态的不同,从而导致了两系统对养猪废水处理效果的差异;当水力负荷为0.02 m3/(m2.d)时,两系统对养猪废水中COD的平均去除率分别为93.18%和93.10%,对TN的平均去除率分别为53.44%和81.43%,对NH4+-N的平均去除率分别为52.64%和84.62%,对TP的去除率分别为88.41%和95.71%;垂直潜流湿地可充分利用填料层,可增强系统的复氧能力,还可实现填料层中好氧区、缺氧区和厌氧区的共存,使硝化作用与反硝化作用在同一系统内完成,提高了系统的脱氮能力,而且改善了养猪废水中其他污染物的去除效果。因此,结合处理效果和出水水质的稳定性,对于浓度较高的畜禽养殖废水,选择垂直潜流湿地较为合适。     

不同复合人工湿地对高污染河流有机污染物的去除

为了研究复合人工湿地对高污染河流污水中有机污染物的去除效果及规律,实验构建了不同水力负荷下的潜流+潜流、潜流+表面流、潜流+潜流+表面流、表面流+表面流等人工湿地单元组合成的5个复合人工湿地.连续运行一年以来,各复合人工湿地对BOD5、COD和SS的去除效果分别为91.9％ ～94.7％、69.3％ ～75.8％和92.3％ ～ 93.9％,相对于多级表流湿地,多级潜流湿地更利于有机污染物和悬浮物的去除;BOD5、COD和SS主要在各复合湿地的第一级湿地单元内得到去除;复合人工湿地对COD去除效果秋夏季两季好,春冬两季差;复合人工湿地能有效去除悬浮态BOD5和COD,出水中部分溶解态有机物难以有效降解.     

不同填料在折流湿地中脱氮除磷的动力学分析

为了解决我国西部农村分散式生活污水污染问题,结合西北地区年平均气温条件特征,基于潜流湿地原理对比研究了混凝土渣、砾石和生物炭脱氮除磷效应,分析其对污染物的降解作用。结果表明:随着水力停留时间(HRT)的延长,污染物含量明显降低,湿地最佳HRT均为2.5 d,3种填料湿地对化学需要量(COD)、氨氮(NH_4~+-N)、磷酸盐(PO_4~(3-)-P)的去除效果差异性显著(P0.01);混凝土渣对污水中PO_4~(3-)-P的去除最优,去除率为97.11%;生物炭综合处理能力较强,COD、NH_4~+-N、悬浮物(SS)的去除率达到了90.51%、72.38%、94.57%;生物炭作为优选湿地填料还具有较快的污染物降解速率特征,且有机污染物和磷酸盐的生化降解过程符合一级反应动力学模型,R2在0.9以上。因此,生物炭作为湿地填料具有良好的应用价值,对解决西北地区农村水污染问题具有重要的意义。     

人工湿地型微生物燃料电池处理啤酒生产废水

采用人工湿地型微生物燃料电池处理啤酒生产废水,考察了啤酒生产废水中不同COD浓度条件下(475、1 968、5 640 mg·L~(-1))人工湿地型微生物燃料电池对COD和氨氮的去除效果,评估了在此过程中微生物燃料电池的产电性能。研究表明,当COD浓度为1 968 mg·L~(-1)时,人工湿地型微生物燃料电池对COD的去除率最高,达到93.5%;氨氮去除率随COD起始的增加而增加,当进水浓度为5 640 mg·L~(-1)时,氨氮去除率达到70.8%。对产电性能而言,当进水COD浓度为1 968 mg·L~(-1)时,人工湿地型微生物燃料电池产电量最高,其最大电压、功率密度和电流密度分别达到280 mV、24.2 mW·m~(-2)和220 mA·m~(-2)。利用人工湿地型微生物燃料电池处理啤酒生产废水具有一定的可行性,在处理污染物的同时产电,弥补了处理过程中的能源消耗,对废物资源化具有很好的应用前景。     

模块化填料人工湿地处理农村生活污水

构建美人蕉(Canna indicate L.)潜流人工湿地系统,对比研究基于模块化填料的人工湿地系统(MS-C-S)和基于普通碎石填料的人工湿地系统(GS-C-S)对农村生活污水的处理效果。结果表明,模块化填料对氨氮和总磷的去除率明显高于碎石填料。在MS-C-S和GS-C-S系统运行5 d后,MS-C-S系统对氨氮的去除率高达54.2%～69.4%,而GS-C-S系统仅为13%～28%;MS-C-S系统对总磷去除率77.7%～83.5%,而GS-C-S仅为54.5%。MS-C-S系统对氨氮和COD的去除率比MSU-S分别高出约23%和11%;而MS-C-S和MS-C-L系统对氨氮、总磷和COD的去除趋势和去除效果都几乎相近。模块化填料及以其为基质的人工湿地系统可以很好地去除氨氮、总磷和COD,有一定的应用前景。     

钢渣-灰岩人工湿地脱除粪便污水高氮素的实验研究

构建小试系统研究了钢渣-灰岩垂直潜流人工湿地对粪便污水中高浓度氮素的降解效果。同时比较分析了填料填铺方式和表层填料对钢渣-灰岩垂直潜流湿地降解粪便污水氮素效能的影响。结果表明：当原水氨氮在42.72～272.60 mg/L,总氮在107.40～689.35 mg/L内,钢渣-灰岩垂直潜流人工湿地出水氨氮和总氮浓度可分别达到13.57 mg/L和62.83 mg/L;从长期效果来看,大级配差的正反粒径混合填铺的填料结构更有利于钢渣-灰岩人工湿地保持氮素降解效能;表层的基质材料选择要充分考虑渗透性和复氧能力;钢渣不但对氨氮有吸附作用,而且为氨氮的挥发和硝化/反硝化作用创造有利环境;灰岩在钢渣协助下溶出钙离子以利于氨氮的阳离子交换,同时为铁自养反硝化菌和脱硫杆菌的自养反硝化作用提供碳源。     

冬季组合工艺处理灌溉尾水的运行效果

采用水耕蔬菜人工湿地与垂直流人工湿地组合工艺处理农村生活污水灌溉尾水,针对冬季灌溉尾水量大,而系统处理效果下降问题,对组合工艺进行了运行效果及水力负荷等工艺参数的优化研究。大棚对系统能起到一定的保温效果,系统进出水水温均高出未采取保温强化措施系统2℃左右。在冬季水耕蔬菜人工湿地与垂直流人工湿地受温度影响,污染物去除效能显著下降,随着水力负荷的增大,水耕蔬菜人工湿地对COD、TN及TP的平均去除率和去除负荷呈先增加后减小趋势,其对COD、TP的平均去除率均在0.3 m~3/(m~2·d)附近达到最大,分别为33.4%和11.5%,TN的平均去除率在0.4 m3/(m~2·d)附近达到最大,为8.5%;垂直流人工湿地随着水力负荷的增大,对COD、TN、NH_4~+-N和TP的平均去除率的变化趋势与水耕蔬菜人工湿地相似,在0.2 m~3/(m~2·d)处达到最大,分别为56.3%、29.3%、23.8%和31.3%。上述结果与人工湿地在其他温度较高季节去除率一般随水力负荷降低而呈上升趋势的结果显著不同,表明在冬季依靠一味降低水力负荷无法达到提高系统去除效能的目的。     

曝气对黑臭河道污染物释放的影响

利用黑臭河道模拟装置,对比研究了在静置和人工曝气2种方式下底泥污染释放特征及对上覆水水质的影响。结果表明,与静置释放相比,人工曝气促使实验前期底泥污染物快速释放,使得上覆水体中的各项污染物指标上升;随着水体中DO浓度的增加,硝化细菌、嗜磷菌等好氧细菌的活性增强,水体中的COD、氨氮、TN和TP得到降解或转化,浓度快速下降。实验期内,人工曝气底泥中TN、TP的平均释放速率分别为:-0.11 g/(m2·d)和-0.02 g/(m2·d),并且TP由最初的0.96 mg/L降到最终的0.48 mg/L,去除率达到50.00%。人工曝气在前期对水体中各污染指标有升高的影响,但增加了水体中的DO浓度,可以有效地抑制底泥中氮和磷的释放,对水体有机污染物、TN及TP有一定的削减作用,因此,该技术适合黑臭河道的水体修复。     

再生核桃壳-沸石复合填料曝气生物滤池处理有机含铬废水的研究

把再生核桃壳-沸石复合填料用于曝气生物滤池(BAF)处理有机含铬废水,优化了BAF运行的水力负荷条件,考察了污染物去除的沿程变化特性。结果表明,再生核桃壳-沸石复合填料比表面积和孔体积增大,抗压强度符合《水处理用人工陶粒滤料》(CJ/T 299—2008)的标准要求,BAF启动和耐铬微生物驯化效果好。在水力负荷0.12m3/(m2·h)、水力停留时间12h、DO5mg/L的优化条件下,COD、氨氮和总铬去除率可维持在98%左右。填料层高度为45cm基本可实现污染物的去除。研究可指导复合填料的重复利用,有利于节约资源。     

COD/N对潜流人工湿地脱氮效能及N_2O排放的影响

人工湿地因其低能耗、易管理的优点被广泛应用于水处理和生态修复,尤其在发展中国家有其适用性。为探讨COD/N对潜流人工湿地脱氮效能及氧化亚氮(N2O)的排放影响,分别构建5组微型人工湿地CW1~CK,进水化学需氧量/总氮(COD/N)分别为20∶1、10∶1、7∶1、4∶1和0∶1。结果表明,湿地出水DO浓度均低于0.5 mg·L~(-1),不同的COD/N下无显著差异,但pH表现为随COD/N的升高而降低。进水COD/N为10、7和4的湿地中COD去除率在80%以上,而进水COD/N=20的湿地中COD去除率不足70%。5组COD/N湿地中氨氮(NH+4-N)的平均去除率依次为(61±16.6)%、(23±14.1)%、(30±12.5)%、(28±14.5)%和(74±7.0)%,在碳源充足或无碳源的条件下有利于NH+4-N的去除。除COD/N=0外,其余湿地中出水未检测到硝态氮(NO_3~--N)。湿地中总氮(TN)的去除变化与NH+4-N相似。5组湿地系统中,N2O的平均释放通量和累积排放量,分别在0.83~11.84 mg·(m2·h)~(-1)和30.65~490.80 mg·m~(-2)之间。COD/N=4的人工湿地系统中,N2O的平均释放通量和累计排放量显著高于其他处理(p0.05),且在其中以N2O形态去除的氮占系统去除TN的百分比为4.87%。COD/N对潜流人工湿地的脱氮和N2O减量具有调控作用。     

潮汐流-潜流组合人工湿地污水净化效率

构建了潮汐流-潜流组合和潜流-潮汐流组合人工湿地对污水进行处理,分别研究2种组合人工湿地对污水的净化效果。结果表明,在平均进水COD浓度为214．28mg／L、NH4＋-N浓度为10．57mg／L、PO34--P浓度为5．44mg／L、TN浓度为10．25mg／L,水力负荷为o．2m3／（m2·d）的条件下,潮汐流-潜流组合人工湿地对COD、PO34--P的去除率分别为58．28％和46．99％,与潜流-潮汐流组合人工湿地处理效果相近;对NH4＋-N、TN,潮汐流-潜流组合人工湿地的去除率分别为69．93％和71．03％,比潜流-潮汐流组合人工湿地分别高15％和33％。潮汐流-潜流人工湿地的组合,在系统内实现了硝化-反硝化的组合,强化了系统对TN的净化效果,其对TN的净化效果比-般的潜流和表面流人工湿地组合提高20％～30％。总体上,潮汐流-潜流组合人工湿地具有更好的净化效果。