人工湿地系统用于地表水水质改善的效能及特征

在北京官厅水库附近建立潜流人工湿地(总面积:3×20m×2m),芦苇、蒲草混合种植,研究其在不同季节条件下对地表水的处理效能及特征,分析了进水浓度、水力负荷、温度对污染物去除率的影响.结果表明,系统对地表水有较好的处理效果,COD_Mn和NH₄⁺-N的出水浓度与进水浓度的回归关系遵从线性关系;系统对TN、TP的去除率分别为20%～60%和30%～45%;污染物的去除率随温度的降低而降低,随水力负荷率的增加而降低;COD_Mn、NH₄⁺-N和TN的去除率与其进水浓度呈正相关,而TP去除率与其进水浓度呈负相关.并研究建立了潜流湿地冬季运行管理措施.     

人工湿地在雨水处理与湖泊水质改善中的应用研究

湖泊是城市生态系统重要组成部分,对城市的生态化建设具有特殊的意义。但近年来我国城市湖泊污染严重,水质堪忧。面对城市人工湖泊的水质恶化,水资源短缺等问题,我们对雨水、微污染湖泊进行了研究,结果表明雨水是一种可以利用的资源。文中介绍了雨水利用的重要性、城市雨水污染现状及城市雨水的处理与利用方法和人工湿地净化雨水补充湖水、改善湖水水质的系统设计及湿地植物选择与景观配置。     

基于小波神经网络的芦苇潜流人工湿地水质预测

人工湿地系统对污水的处理效果好,工艺简单,投资运行费用低,但影响其出水水质的因素很多,并且往往是非线性的,因此目前很难将这些影响因素模型化并用于水质预测. 已有的预测方法不是过于复杂就是预测精度不高. 神经网络是一种具有较强预测能力的新方法,适用于各种非线性模型的预测. 在小试研究的基础上,使用3种不同的、经过训练的小波神经网络,对芦苇潜流人工湿地沿程各采样口的水温,ρ(DO),pH,Eh和ρ(COD_Cr)等水质指标进行了预测. 结果显示,各指标的平均相对误差分别为:水温≤4.21%,pH≤1.36%,ρ(DO)≤9.77%,Eh≤6.50%,ρ(COD_Cr)≤17.76%,表明小波神经网络模型适用于人工湿地模型的预测.      

潜流人工湿地去除效果研究

在连续运行条件下,采用水平潜流人工湿地净化低浓度的生活污水,考察了其净化效果。结果表明,该系统能够有效的降低生活污水中的COD、TN、TP,适合于城镇生活污水的处理。在0.1、0.2 m3/(m2.d)的水力负荷条件下,系统较容易出现死水区;当0.3 m3/(m2·d)的水力负荷条件下,水流呈推流状态,有效容积和水力效率得到提高,去除率分别为90.3%、86.6%和96.7%。试验表明,适当增加水力负荷,有利于污染物的去除。     

平原河网型水源地水质改善的实践和思考——以嘉兴市石臼漾人工生态湿地工程为例

嘉兴市作为典型的平原河网地区,为解决河网型水源地水质微污染问题,探索建设石臼漾水厂水源人工生态湿地工程,成功改善了水源水质,保障了嘉兴市城乡居民饮用水安全,为平原河网地区采用人工湿地处理饮用水源提供经验。     

潜流型人工湿地基质堵塞特性试验研究

为解决设计不当或管理不善等原因造成的湿地堵塞问题,深入揭示湿地堵塞特性及形成机制,试验研究了芦苇潜流型水平流湿地和垂直流湿地的堵塞特性,并以此比较了2种湿地长期运行的稳定性.结果表明,湿地堵塞后土壤中有机质积累量较大,在湿地中各测量点达到了1.5%～5%,其主要积累区域在湿地前部表层,积累量为4%～5%,对有机物积累量与土壤深度进行数值分析发现,两者之间呈显著函数关系;水平流湿地和垂直流湿地内部堵塞机制不同,故堵塞后水平流湿地水力停留时间为3.515 4 d,较正常值缩短21.88%,而堵塞垂直流湿地水力停留时间为5.464 8 d,较正常值增长21.44%.湿地堵塞后污染物去除效率明显降低,波动较大,2种湿地比较发现,垂直流湿地的堵塞情况较水平流湿地更为严重.     

抚仙湖马料河人工湿地水质净化效果评估研究

从污染物去除百分率、污染物削减量及污染物表面负荷去除量等不同角度对抚仙湖鸟料河人工湿地的水质净化效果进行了分析，结果表明TN、NH3-N和TP的平均去除率分别约为60％、60％和50％，平均掣减量约为14kg／d、5kg／d和1kg／d，去除污染物表面负荷平均为0．72g／m^2．d、0．22g／m^2．d、0．06g／m^2·d．     

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.     

北京市官厅水库水质预报系统

CE-QUAL-W2模型是近年来新开发的水动力学与水质模型,可模拟河流、湖泊、水库等 不同条件下多种污染物的迁移转化规律.根据官厅水库狭长、水浅和水文、水力、水质扩散 等特点,采用CE-QUAL-W2模型模拟其水质变化,并对模拟模型水质参数进行验证,将其用于官 厅水库水质的预测研究;进而提出官厅水库水污染控制的对策及建议.     

抚仙湖马料河人工湿地水质净化效果评估研究

从污染物去除百分率、污染物削减量及污染物表面负荷去除量等不同角度对抚仙湖马料河人工湿地的水质净化效果进行了分析,结果表明TN、NH3-N和TP的平均去除率分别约为60%、60%和50%,平均削减量约为14kg/d、5kg/d和1kg/d,去除污染物表面负荷平均为0.72g/m2.d、0.22g/m2.d、0.06g/m2.d。     

Modeling the effects of constructed wetland on nonpoint source pollution control and reservoir water quality improvement

This article describes the integrated modeling approach for planning the size and the operation of constructed wetlands for maximizing retention of nonpoint source pollutant loads and reservoir water-quality improvement at a catchment scale.The experimental field-scale wetland systems (four sets,0.88 ha each) have been in operation since 2002,where water depth was maintained at 30–50 cm and hydraulic loading rate was at 6.3–18.8 cm/day.The wetland system was found to be adequate for treating polluted stream water with stable removal efficiency even during the winter.The integrated modeling system (modified-BASINS) was applied to the Seokmoon estuarine reservoir watershed and calibrated with monitoring data from constructed wetland,stream,and reservoir.The calibrated integrated modeling system estimated that constructing wetlands on 0.5% (about 114 ha) of the watershed area at the mouth of reservoir could reduce 11.61% and 13.49% of total external nitrogen and phosphorus loads,respectively.It also might improve the nitrogen and phosphorus concentration of the reservoir by 9.69% and 16.48%,respectively.The study suggested that about 0.1%–1.0% of the watershed area should be allocated for constructed wetland to meet specified water-quality standards for the estuarine reservoir at the polder area where land use planning is relatively less complicated.     

Modeling the e ects of constructed wetland on nonpoint source pollution control and reservoir water quality improvement

This article describes the integrated modeling approach for planning the size and the operation of constructed wetlands for maximizing retention of nonpoint source pollutant loads and reservoir water-quality improvement at a catchment scale. The experimental field-scale wetland systems (four sets, 0.88 ha each) have been in operation since 2002, where water depth was maintained at 30–50 cm and hydraulic loading rate was at 6.3–18.8 cm/day. The wetland system was found to be adequate for treating polluted stream water with stable removal e ciency even during the winter. The integrated modeling system (modified-BASINS) was applied to the Seokmoon estuarine reservoir watershed and calibrated with monitoring data from constructed wetland, stream, and reservoir. The calibrated integrated modeling system estimated that constructing wetlands on 0.5% (about 114 ha) of the watershed area at the mouth of reservoir could reduce 11.61% and 13.49% of total external nitrogen and phosphorus loads, respectively. It also might improve the nitrogen and phosphorus concentration of the reservoir by 9.69% and 16.48%, respectively. The study suggested that about 0.1%–1.0% of the watershed area should be allocated for constructed wetland to meet specified water-quality standards for the estuarine reservoir at the polder area where land use planning is relatively less complicated.     

官厅水库水质特征及水体微生物多样性的响应

针对北京市原水源地官厅水库,选择了上下游共6个采样点进行了不同季节的水质及环境因子特征分析.总体看来,4个季节水体氮磷碳营养物质浓度依次为:夏季>秋季>春季>冬季,夏秋季出现明显水华.上游妫水河水质要好于下游水库库区水质,尤其以夏秋季节最为明显.夏季上游妫水河的总碳、总氮、氨氮、总磷平均浓度为26.5, 0.95, 0.55, 0.077mg/L,而水库库区响应平均浓度分别为111.47, 4.27, 3.16, 0.25mg/L.结合PCR-DGGE对不同时期各点水体微生物进行了群落分析,发现上下游水体中细菌群落结构差异很大,水华严重区的细菌群落多样性和丰度要低于比水质较好区域.CANOCA软件分析了夏秋季水华时水体微生物群落变化与环境因子的响应关系,发现细菌群落结构与环境因子(T、pH值、DO、NFR、TP、Fe)之间存在较强的关联.水质较好的上游水体夏秋细菌群落结构主要受温度、DO影响较大;而水质较差的库区水体夏秋季细菌群落结构变化与固氮速率、pH值、总磷的相关性较好.     

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.     

处理微污染河水的人工湿地中磷的去除特征及吸附形态分布

通过在野外条件下构建两座潜流人工湿地,考察了湿地对微污染水体中磷的净化效果,以及湿地填料对4种主要形态磷的吸附特征.结果表明,湿地对总磷(TP)的平均去除率在30％左右,颗粒性总磷(STP)去除比例略高于溶解性总磷(DTP).两个湿地中TP的出水负荷随其进水负荷的升高线性增大,而磷的单位面积去除负荷与进水负荷呈对数关系,迸水负荷超过1000 g·m-2·d-1后,去除负荷没有发生明显变化.4种主要形态磷的吸附量关系表现为钙镁磷(Ca/Mg-P,12582和11052 mg)＞铁铝磷(Fe/Al-P,5312和5750 mg)＞弱吸附磷(Plabile-P,2054和1207 mg)＞腐殖质磷(Humic-P,-362和-136 mg).湿地3层填料对Humic-P和Plabile-P的吸附能力有限,且伴有解吸现象,而Ca/Mg-P和Fe/Al-P的吸附主要发生在卵石和碎砖层,碎石层对湿地中磷的去除贡献较低.栽种植物对湿地中填料对磷的吸附影响较小.     

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。     

Upstream-downstream cooperation approach in Guanting Reservoir watershed

A case study is introduced and discussed concerning water dispute of misuse and pollution between up- and down-stream parts. The relations between water usage and local industrial structures are analyzed. Results show it is important to change industrial structures of the target region along with controlling water pollution by technical and engineering methods. Three manners of upstream-downstream cooperation are presented and discussed based on the actual conditions of Guangting Reservoir watershed. Two typical scenarios are supposed and studied along with the local plan on water resources development. The best solution for this cooperation presents a good way to help the upstream developing in a new pattern of eco-economy.     

垂直潜流人工湿地低温净化效果及其与微生物作用关系

人工湿地净化过程受基质、微生物及植物的多重作用,但有关湿地系统水质净化效果与微生物之间的关联及响应机制的认识较为匮乏.本文针对垂直潜流人工湿地,分析了其低温条件下水质净化效果,通过16S rDNA扩增子测序技术,在OTU水平上利用微生物丰度聚类热图和基于Bray-Curtis距离的NMDS分析,揭示了湿地基质微生物群落结构的时空变化及其与主要水质指标之间的相互作用关系.结果表明,湿地对TN、COD的去除效果较好,但对TP的去除效果不佳.基质微生物群落时空变化显著,与湿地净化效果密切相关,革兰氏阴性菌门类众多和假单胞菌属相对丰度较低,分别是TN去除效果较好和TP去除效果不佳的重要原因.COD、DO是影响微生物群落的主要因子,而氮含量在一定程度上影响脱氮微生物的活跃度.基质微生物在湿地运行2周后,对污染物去除的介导作用稳定,建议设立这一关键时间点,并辅以菌群、碳源投入等措施,提升湿地的净化效果.     

北方地区受污染河湖水体潜流湿地净化技术研究与工程应用

结合实验研究和工程应用实践,在湿地填料选择、水力负荷变化、植物特性、结构优化、越冬运行等方面,对我国北方地区潜流人工湿地设计、建设、运行管理中的关键技术问题开展了系统、深入研究.结果表明:石灰石、粗砂等脱氮除磷综合效果较好,且取材方便、价格便宜,应是人工湿地主选填料,钢渣、褐铁矿除磷效果良好、沸石的氨氮吸附能力强,可作为辅助材料;湿地植物对水质净化贡献约为5%～15%,其地上部分的生物量移除贡献不足5%,湿地植物对系统水力负荷维持、冬季保温、生态景观等还具有较大贡献;以植物保温为主,结合冰下取水、水位管理等可实现北方地区潜流湿地冬季正常运行;优化提出了竖向复合流湿地结构,具有节约用地、硝化-反硝化作用效果显著、抗淤堵等特点.研究成果已在工程实践中得到成功应用,对人工湿地在我国北方地区的推广应用具有重要借鉴意义.     

The study of wintertime heat preservation measures constructed wetland in northern China subsurface flow

人工湿地作为一种造价较省,运行成本低的污水处理技术,目前已经得到了广泛的应用.但是在北方地区,人工湿地受到冬季气候影响,无法正常运行,降低了它的使用效率.试验针对北方冬季低温环境下,人工湿地无法正常运行的问题,对3种不同的保温措施进行历时两年的对比试验,通过对TP、TN、NH4＋-N和COD等4种主要污染物和人工湿地出水水温的跟踪监测,检验了不同保温措施的效果.试验结果表明：在冬季,使用薄膜法保温措施的处理系统中,COD、TN和NH4＋-N的去除率分别为30%～45%、40%～60%和35%～60%,比温棚法和冰封法的出水中污染物去除率高10%～20%.TP在出水中含量波动较大,去除率为19%～70%,伴有磷释放现象,但是在薄膜保温下TP的去除效果也要好于温棚和冰封.经过SPSS16.0分析,薄膜保温的人工湿地出水水质与冰封和温棚法相比具有显著性差异.在对人工湿地曝气槽和出水口的污水水温进行监测发现,利用薄膜保温的人工湿地出水口水温高于冰封和温棚的水温,进一步证明薄膜保温可以有效提高人工湿地内的温度,为人工湿地正常运行提供了保证.而且薄膜保温措施的操作简便、造价低,适合推广应用.