Enhanced nitrogen removal in filled-and-drained vertical flow constructed wetlands: microbial responses to aeration mode and carbon source

Environmental Science and Pollution Research - For the purpose of enhancing the removal rate of nitrogen (N) and organic matters, intermittent aeration and carbon source were used in...     

不同曝气参数下间歇增氧垂直流人工湿地脱氮的分层效应

以新型间歇增氧垂直流人工湿地(IA-VFCW)为研究对象,揭示了不同工况对人工湿地污染物去除的分层效应及去除效果的影响。结果表明∶不同曝气参数对细砾石层、煤渣层污染物去除的影响较小;对曝气区、湿地植物区污染物去除的影响较大。当进水${\rm{NH}}_4^ + $-N质量浓度为25 mg·L−1、COD为200 mg·L−1时,细砾石层、煤渣层对${\rm{NH}}_4^ + $-N和TN平均去除率分别为10.8%、9.3%和13.3%、11.6%,两区域中均无${\rm{NO}}_2^ - $-N、${\rm{NO}}_3^ -$-N的积累;细砾石层对COD去除的贡献较大,COD平均去除率为67.2%。曝气区对${\rm{NH}}_4^ + $-N、TN去除贡献较大,${\rm{NH}}_4^ + $-N、TN的最大去除率分别达到69.3%、40.9%,COD平均去除率为25.4%。在低曝停比下,曝气量的增加将提高IA-VFCW对TN的去除性能;在高曝停比下,曝气量的增加会降低IA-VFCW对TN的去除效果,且会造成${\rm{NO}}_３^ - $-N积累。在曝气量2 m3·h−1、曝停比1/3、曝停周期6 h工况下IA-VFCW具有较好的污染物去除效果,${\rm{NH}}_4^ + $-N去除率为94.9%、TN去除率为77.0%、COD去除率为90.0%。IA-VFCW脱氮性能明显优于传统垂直流人工湿地。     

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。     

不同回流比对无植物垂直流人工湿地除氮效果的影响

通过内碳源前置反硝化脱氮工艺试验,比较了不同回流比对垂直流人工湿地除氮效果的影响。试验结果表明,TN去除率随着回流比增加而增加,NH⁺₄-N去除率则随着回流比的增加先降低后增加的趋势,两者去除率之和以回流比200％为最高,以回流比150％次之,以回流比100％为最低。从TN的去除率来看,回流比150％略高于回流比200％。     

水平潜流人工湿地脱氮功效中植物的作用

为了研究芦苇(Phragmites australis)在收割期前/后、湿地床体内部各个区域内、一年四季中在水平潜流人工湿地脱氮效用所起的作用,实验设置了有/无植物2组平行反应器。结果表明,芦苇在收割前/后对于水平潜流人工湿地脱氮效果均有促进作用,植物地上部分氮吸收量占湿地脱氮量的10.2%。在芦苇收割前/后(5月~9月、10月~次年5月),芦苇湿地日均脱氮量分别是无植物湿地的1.55倍与1.11倍。高、矮芦苇不同组织中总氮浓度分布趋势一致,2种芦苇各组织含量分别为:穗(28.69 g/kg)>叶(13.69 g/kg)>茎(5.31 g/kg)、穗(28.06 g/kg)>叶(14.61 g/kg)>茎(8.46 g/kg)。在湿地的各个沿程区域,总氮、氨氮累加去除率变化趋势一致,并且从反应器前部到尾部呈上升趋势,从上部到下部呈下降趋势。有芦苇湿地的脱氮效用优于无植物湿地,且底部氮积累含量也较少。一年四季中有芦苇湿地在各个季节脱氮量是无植物湿地的1.06~1.47倍。     

Pathways regulating nitrogen removal in constructed ditch wetlands: effects of different inflow ratios and artificial aeration

Environmental Science and Pollution Research - Constructed ditch wetland (CDW) is a combination of idle ditch and constructed wetland, which is typically used in rural areas to remove pollutants...     

曝气条件下进水C/N对水平潜流型人工湿地脱氮效果和氮转化功能微生物丰度的影响

为提高潜流型人工湿地在低C/N条件下的污水处理效果,考察了在植物生长旺盛期曝气条件下不同C/N(0.9∶1、2∶1、4∶1)对污水的脱氮效率、微生物群落结构和功能微生物丰度的影响.结果表明:NO3-去除率为57.48％～83.19％且随C/N的增加而增加;当C/N为2和4时,可提高COD和TN的去除率,COD和TN去除...     

垂直潜流人工湿地对水产养殖尾水中抗生素和氮磷的去除及其影响因素

针对养殖尾水中氮磷和抗生素污染问题,构建了3种不同条件的上行垂直潜流人工湿地小试系统,分析了养殖尾水中4种典型抗生素(氧氟沙星、磺胺甲恶唑、氟苯尼考和土霉素)的去除效率及其影响因素,探讨了抗生素对营养盐去除的潜在影响。结果表明：在春季和夏季,3种不同条件的上行垂直潜流人工湿地系统对氟苯尼考、土霉素、氧氟沙星和磺胺甲恶唑的去除率分别为25.61%~53.66%和15.10%~37.93%、94.82%~97.16%和93.96%~94.87%、93.53%~94.27%和85.17%~86.57%、10.48%~57.54%和29.84%~62.36%。添加生物炭可以显著提高湿地系统对磺胺甲恶唑和氟苯尼考的去除率,与CW1和CW2相比,CW3对磺胺甲恶唑的去除率平均分别提高了39.79%和33.92%;对氟苯尼考的去除率平均分别提高了25.45%和22.61%。在抗生素暴露条件下,春季,系统对总氮、总磷、氨氮和硝态氮平均去除率分别下降了11.69%、17.53%、10.04%和4.07%;夏季,总磷和氨氮的平均去除率分别下降了19.41%和5.53%,而总氮和硝态氮的平均去除率分别提高了11.67%和10.42%。以上研究结果可为进一步改进人工湿地系统设计参数,提高污染物去除效率提供参考依据。     

曝气对无植物波形潜流人工湿地除氮的影响

实验构建了一种波形潜流人工湿地(wavy subsurface flow constructed wetland,WSFCW)模型,并采用人工曝气手段增强其脱氮效果。选择2种曝气强度分别为100～180 mL/min和300～350 mL/min 2种曝气方式分别为第1个波形区间(1#)和第2个波形区间(2#)同时曝气...     

不同回流位置对潜流人工湿地氮分布及去除效果的影响

通过脱氮实验比较了不同回流位置（进水口、前部、中部、后部）对潜流人工湿地的氮浓度空间分布状况和氮去除效果的影响。结果表明：4种回流与未回流处理相互之间的氨氮（NH4＋-N）空间分布无明显差异,而回流位置越靠近进水口,湿地中总氮（TN）分布浓度越低。将湿地出水按1/3的回流比回流到湿地进水口,对NH4＋-N去除率的影响差...     

曝气对水平潜流人工湿地水力特性的影响

通过构建曝气及未曝气潜流人工湿地小试实验系统,以NaCl为示踪剂开展示踪实验,研究曝气对人工湿地水力特性的影响。实验结果表明,两对比系统均存在不同程度的短流及死区现象,短流主要发生在床体表层,而死区则存在于床体底层。其中未曝气人工湿地系统的流场分布不均匀现象较为严重,示踪剂滞留在床体底层难以回收,系统水力效率较低(0.56)。比较而言,由于气流对水体的扰动作用,曝气对人工湿地系统水力效率有明显改善作用,减缓了床体表层水流速度,提高了示踪剂回收率,缩小了死区的范围,曝气人工湿地系统的水力效率为0.75。     

间歇曝气SBR工艺脱氮除磷试验研究

采用间歇曝气序批式反应器(SBR)工艺,通过曝气时间、交替次数的调整对该系统的脱氮除磷效果进行了研究,最终将工艺确定为厌氧1.5 h、好氧1.0 h、缺氧1.0 h、好氧20 min、缺氧1.0 h、好氧20 min.同时进行批式试验,对不同阶段的反硝化除磷菌(DPAOs)占除磷菌(PAOs)的比例进行了计算.结果表明:该系统与最初的厌氧/好氧SBR相比节省了44%的曝气量,且对COD、总氮、氨氮和磷的去除率分别达88%、89%、100%和100%,系统中DPAOs所占比例为39%.     

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。     

阶段曝气和植物对人工湿地处理城镇污水厂尾水的影响

采用人工配水模拟城镇污水处理厂尾水水质,利用3套阶段曝气垂直潜流人工湿地（VSFCW）对其进行处理。结果表明：当水力负荷分别为30、90和180 cm·d-1时,3套人工湿地对COD具有较好的去除效果,其去除率都大于66.7%;在处理总磷（TP）和总氮（TN）方面,VSFCW-1（无植物-曝气垂直潜流人工湿地）去除效果远远低于VSFCW-2（芦苇-曝气垂直潜流人工湿地）和VSFCW-3（芦苇-不曝气垂直潜流人工湿地）,VSFCW-2（芦苇-曝气垂直潜流人工湿地）和VSFCW-3（芦苇-不曝气垂直潜流人工湿地）对TP和TN的去除率分别在80.0%和75.0%以上且具有较强的抗水力负荷冲击能力。VSFCW-2（芦苇-曝气垂直潜流人工湿地）和VSFCW-3（芦苇-不曝气垂直潜流人工湿地）对COD、TP的去除主要是集中在沿程的前1/4段（0~24 cm）,后3/4段（24~115 cm）保证了出水水质的稳定。     

3种负荷对模拟垂直流人工湿地去除氮、磷效果的影响

为探讨水力负荷、有机负荷和悬浮物固体负荷对垂直流人工湿地基质去除氮、磷效果的影响,采用了人工土柱模拟实验的方法,对不同数值的水力负荷、有机负荷(COD)和悬浮固体负荷单因素影响条件下垂直流人工湿地出水中TN、TP的浓度进行了监测。实验结果表明,在3种负荷单一因素影响条件下,垂直流人工湿地处理出水中TN、TP的浓度均随着负荷的增加而增加,即降低水力负荷、有机负荷、悬浮固体负荷均有利于降低垂直流人工湿地处理出水中TN、TP的浓度。当水力负荷为50 cm/d,垂直流人工湿地TP的去除率较高,达到71.52%;当有机负荷为50 g/(m2·d),TN的平均去除率较高,达到41.84%;当悬浮固体负荷为75 g/(m2·d),TP的平均去除率较高,达到92.13%。因此,在水力负荷实验中,当水力负荷为50 cm/d,垂直流人工湿地对氮、磷去除效果较佳;在悬浮固体实验中,当悬浮固体负荷为75 g/m2·d,垂直流人工湿地对氮、磷去除效果较好;在有机负荷实验中,当有机负荷(COD)为50 g/(m2·d),垂直流人工湿地对氮、磷去除效果较好。     

COD/N对潜流人工湿地脱氮效能及N2O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（NH4+-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NH4+-N的去除。除COD/N=0外,其余湿地中出水未检测到硝态氮（NO3--N）。湿地中总氮（TN）的去除变化与NH4+-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（p2O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。     

处理湖水的垂直流湿地中陶粒的磷吸附特性

研究了净化城市湖泊(宜兴团汣)湖水的3个下行垂直潜流人工湿地(运行1年)中的不同深度层的陶粒对磷的吸附特性.结果表明,当标准液KH2PO4-P为5 mg/L和10 mg/L时,上层陶粒的磷吸附能力强弱依次是1#美人蕉湿地(2.98和4.63 mg/kg)﹥2#曝气湿地(1.78和3.71 mg/kg)﹥3#无植物湿地(1.56和3.42 mg/kg);下层陶粒的磷吸附能力从强到弱排序依次是:1#美人蕉湿地(3.51和5.43 mg/kg),3#无植物湿地(3.01和4.39 mg/kg),2#曝气湿地(2.44和4.14 mg/kg).综合对比,1#美人蕉湿地中陶粒具有更强的磷吸附能力,1#湿地中陶粒的磷吸附能力比后两者分别高出23.69%和31.16%.同一湿地的下层陶粒比上层陶粒有更强的磷吸附能力,当标准液中磷浓度为10 mg/L时,1#、2#和3#下层陶粒磷吸附量分别为上层陶粒的1.17倍、1.12倍和1.28倍.     

不同基质在人工湿地脱氮中的应用及其研究进展

在比较了不同基质脱氮效率的基础上,认为基质作为人工湿地的重要组成部分,在为植物和微生物提供生长介质的同时,也能通过沉淀、过滤和吸附等作用直接去除污染物质,其中基质的类型、级配等因素会影响基质作用的发挥;不同基质对脱氮性能存在较大差异,沸石和蛭石是目前研究中脱氮效率较高的两种基质。在归纳了脱氮机制和影响因素的基础上,认为不同基质由于脱氮机制不同,脱氮性能和脱氮效率也存在较大差异;人工湿地基质所有理化性状都可能影响到它对污水的脱氮效率。最后,对今后的相关研究方向进行了展望。     

Seasonal effect on ammonia nitrogen removal by constructed wetlands treating polluted river water in southern Taiwan

A pilot-scale constructed wetland (CW) system, combining a free water surface wetland and a subsurface wetland in series, was used to purify highly polluted river water. The concentrations of constituents varied seasonally. The effects of season-dependent parameters, such as temperature, mass loading rate and inflow salinity, on the removal of ammonia nitrogen (AN) in the wetland system were examined at a constant hydraulic loading rate, based on data from June 1998 to February 2000. AN removal of the CW varied cyclically with the seasons. The removal efficiency and the first-order volumetric removal rate constant (k(V)) increased exponentially with water temperature, yielding a high temperature coefficient (theta). However, the mass removal rate decreased exponentially as temperature increased. These contradictory results made the actual effect of temperature uncertain. The inhibition of high water salinity on AN removal was also unclear because k(V) (as well as k(V20)) and mass removal rate were inversely proportional to salinity. However, mass loading rate (MLR) predominantly affected both the removal efficiency and the mass removal rate of AN, both of which were factors that explicitly determined seasonality. A power equation, k(V20)' alpha MLR(-n), was proposed to correct the variation of the mass loading rate in estimating k(V) and thus in designing a constructed wetland.     

反硝化碳源在人工湿地脱氮中的应用及其研究进展

碳源供给是制约人工湿地反硝化脱氮的重要因素,系统论述了反硝化碳源的类型及其在人工湿地反硝化过程中的作用,并对人工湿地中反硝化碳源的应用现状进行了讨论.反硝化菌与人工湿地脱氮有着密切关联,是人工湿地领域研究的焦点.此外,人工湿地中的环境条件、运行条件及湿地构建条件等都会对其反硝化效果产生重要影响,指出了通过改善上述条件提...