人工湿地植物量及其对净化效果影响的研究

人工湿地污水处理系统中,植物对污水净化效果起着非常重要的作用,而植物量是植物生长的关键参数之一。为了明确植物量对污水处理效果的影响,在2002--2008年期间,详细测定了芦苇（Ph．australisTrin）、再力花（Thaliadealbata）、荻（M．sacchariflorus）和美人蕉（Cannaindica）4种典型湿地植物不同年度的生物量、不同生长阶段的生物量、生物量年产率,以及同期湿地COD、BOD5、TN和TP等的去除率。结果表明：湿地植物在栽植成活、稳定生长以后,至少要再经过1个以上的生长周期才能完全适应湿地环境,达到生物量的最大值,其中芦苇根系和茎叶生物量显著高于其他植物;同种植物的植物量与COD、BOD5、TN去除率呈显著正相关,与TP相关性不强;植物量随生长周期的变化对湿地净化能力的影响显著,确定合理收割期有利于湿地的稳定运行;不同种类植物生物量年产率与各种污染物的去除率均显著相关,芦苇、再力花和美人蕉均具有较高的生物量年产率,污染物去除能力较好。在试验范围内,芦苇湿地的运行稳定性最好,再力花湿地具有最强的脱氮能力,美人蕉湿地能快速形成规模、实现稳定运行,这些为构建不同特点和不同需要的湿地提供了重要参考。     

风车草对生活污水的净化效果及其在人工湿地的应用

研究了风车划（Cyerus alternifolius）的生长特性和对生活污水的净化效果。风车草全年保持生长，即使在冬天仍能维持一定的生长速率。风车草在生活污水中培养10d后，污水中TN、TP、COD和BOD的去除率分别达到91％、92％、70％和73％，其中风车草对N、P的吸收量分别占净化量的55％和53％。种植风车草的潜流型人工湿地对TN、TP、COD和BOD的去除率分别为64％、47％、74％和74％，与不种植物的人工湿地相比，TN、TP、COD和BOD的去除率分别提高了28％、19％、14％和13％。图2表3参12     

不同植物人工湿地对污水的净化效果

通过对栽种芦苇(Phragmites australis)、香蒲(Typha latifolia)和菖蒲(Acorus calamus)3种植物的潜流人工湿地进行试验研究,分析3种植物对污水的净化效果,及在不同水力停留时间下的变化规律.试验结果表明,在最佳运行条件下,COD、TN、TP的去除率分别在50%、75%和65%以上;3种植物对比可以看出,香蒲的净化效果明显好于芦苇和菖蒲,香蒲对COD、TN、TP的去除率分别达到67.2%、89.7%、88.9%.     

两种人工湿地长期运行效果研究

通过对栽种有芦苇和美人蕉的水平潜流人工湿地进行两年多的试验研究,分析人工湿地去除效果随运行时间变化的规律,探讨不同季节和温度对COD、TN和TP去除率的影响。试验结果表明,在最佳运行条件下,COD、TN和TP去除率可分别达到90%、65%和55%以上;从两年多的运行情况来看,COD和TN的去除效果变化不大,TP去除率下降显著。     

植物生理生态特性对人工湿地脱氮效果的影响

人工湿地污水处理系统中,植物对脱氮效果起着非常重要的作用.为了明确人工湿地植物生理生态特性对脱氮效果的影响,藉此优选高效耐寒的湿地植物,进而提出可行的强化脱氮措施,在大量试验的基础上,详细测定了芦苇、美人蕉等典型湿地植物在不同生长条件下对湿地脱氮效果、溶解氧分布状态的影响,以及植物光合、蒸腾特性对湿地脱氮效果的影响.结果表明:在本试验范围内,芦苇、美人蕉湿地脱氮效果最佳;茶花湿地低温条件下运行稳定.植物净光合速率与溶解氧分布、总氮和氨氮去除率显著正相关,而植物蒸腾速率与湿地氨氮去除率显著相关.适当增加植物种植密度有利于提高人工湿地脱氮效果,但种植过密对提高溶解氧水平和总氮去除率反而不利.植物生长周期对湿地脱氮影响显著,植物收割方式对脱氮效果影响较大,清除植物地上茎叶既不破坏植物根区微环境,可有效防止茎叶腐烂向系统重新释氮.此外,由于湿地前端溶解氧水平急剧下降,故建议适当增加前端植物种植密度.     

不同水生植物配置对河涌污水的净化效果

研究不同配置的挺水植物组合对河涌污水污染物的净化效果,为在河涌污水治理上构建有效的人工湿地植物处理系统提供依据。选择10种净化能力较强的挺水植物,组成6种不同配置的挺水植物组合,采用无土栽培的方式模拟人工湿地的环境进行静态培养试验,测定出不同水生植物组合及在不同污水的停留时间(HRT)下对河涌污水污染物的去除率。6种不同配置的水生植物组合在HRT为5 d时对NH4+-N、TN、TP、CODCr、BOD5的去除率(平均去除率分别为98.2%、81.2%、91.3%、71.8%、79.4%)均较高;以组合1:香根草Vetiveria zizanioides+风车草Cyperus alternifolius+美人蕉Canna indica+菖蒲Acorus calamus+再力花Thalia dealbata的处理效果为最佳。不同水生植物系统对污水的净化效率取决于HRT,当HRT从1～5 d时,NH4+-N、TN、TP去除率每天的增幅均逐渐增加,当HRT从5～7 d时,NH4+-N、TN、TP去除率每天的增幅却均迅速下降;说明3种不同配置的水生植物系统对河涌污水NH4+-N、TN、TP的净化效率均以HRT为5 d时...     

人工湿地土壤微生物生物量碳与污水净化效果的关系

微生物在人工湿地污水净化过程中发挥着重要作用,微生物生物量碳是微生物的重要表征之一.为探讨人工湿地土壤微生物量碳与污水净化效果的关系,以表面流人工湿地为研究对象,分别研究了不同植物人工湿地土壤微生物生物量碳和净化效果的时空变化及其相关性.结果显示,4种植物湿地表层(0-5 cm)微生物生物量碳极显著高于深层(15-20 cm)的测量值(P<0.01).人工湿地污染物去除效果与微生物生物量碳具有相同的季节变化规律,都呈单峰型的季节格局,夏秋季较高,冬春季较低.微生物生物量碳与人工湿地COD、BOD5和TN的去除呈显著正相关(P<0.05).水鬼蕉湿地具有较高的微生物生物量碳,而污染物去除率一般较低,这表明不同湿地微生物生物量碳与污染物去除率的相关性呈现不确定性.     

人工湿地处理生活污水研究--以深圳石岩河人工湿地为例

对深圳石岩河人工湿地运行以来的污水净化效果、植物生长状况和处理系统存在的问题等进行了分析和研究.结果表明,湿地运行7个月,污水处理量达1.8×106 m3,对污水中CODCr、BOD5、SS、TP、TN和NH3-N的去除率分别为87.1%、94.1%、57.5%、91.4%、47.8%和74.8%.对植物氮磷的分析表明,植物氮质量分数在1.31%～2.25%之间,磷质量分数在0.40% ～ 1.15%之间,植物氮积累量为116.2 ～ 417.1 kg·hm-2,磷积累量为70.7～178.3 kg·hm-2.与工程总处理量相比,植物吸收的氮磷量仍占很小部分,平均分别为4.90%和3.78%.此外,对工程运行状况的观测发现,人工湿地存在工程表面板结、内部堵塞及植物管理等问题,板结程度与植物覆盖度成反比.     

不同水生植物配置对河涌污水的净化效果

研究不同配置的挺水植物组合对河涌污水污染物的净化效果,为在河涌污水治理上构建有效的人工湿地植物处理系统提供依据。选择10种净化能力较强的挺水植物,组成6种不同配置的挺水植物组合,采用无土栽培的方式模拟人工湿地的环境进行静态培养试验,测定出不同水生植物组合及在不同污水的停留时间（HRT）下对河涌污水污染物的去除率。6种不同配置的水生植物组合在HRT为5 d时对NH4＋-N、TN、TP、CODCr、BOD5的去除率（平均去除率分别为98.2%、81.2%、91.3%、71.8%、79.4%）均较高;以组合1：香根草Vetiveria zizanioides＋风车草Cyperus alternifolius＋美人蕉Canna indica＋菖蒲Acorus calamus＋再力花Thalia dealbata的处理效果为最佳。不同水生植物系统对污水的净化效率取决于HRT,当HRT从1～5 d时,NH4＋-N、TN、TP去除率每天的增幅均逐渐增加,当HRT从5～7 d时,NH4＋-N、TN、TP去除率每天的增幅却均迅速下降;说明3种不同配置的水生植物系统对河涌污水NH4＋-N、TN、TP的净化效率均以HRT为5 d时最高。     

菰和菖蒲在污水中的生长特性及其净化效果比较

通过漂浮栽植菰(Zizania latifolia)和菖蒲(Acoruscalamus),研究了它们在低、中、高3种浓度污水中的生长特性及其对这3种浓度污水的净化效果.结果表明,菰和菖蒲均在中浓度污水中生长最好.菰在中浓度污水中的生物量显著高于低浓度和高浓度中;菖蒲在中浓度污水中的生物量略高于低浓度和高浓度中,但差异不显著.菰对中浓度污水中TN、NH3-N、TP和CODCr的去除率分别为97.4%、95.3%、98.5%和71.4%,对高浓度污水中TN、NH3-N、TP和CODCr的去除率分别为96.4%、97.7%、88.2%和76.1%,净化效果均显著高于低浓度中.菰可作为中、高浓度污水的净化植物.菖蒲净化中浓度污水的效果最好,对TN、NH3-N、TP和CODCr的去除率分别为97.5%、94.1%、98.5%和72.7%;对高浓度污水中的NH3-N和CODCr去除效果也较好,去除率分别为97.8%和86.7%,但对TN和TP的去除率分别为89.5%和70.9%,显著低于对低浓度和中浓度污水中TN和TP的去除率.图1表4参13     

人工湿地组合生态工艺对规模化猪场养殖废水的净化效果研究

研究了表面流、水平潜流和垂直潜流人工湿地以及地下渗滤系统组合生态工艺对模拟和实际猪场养殖废水的净化效果。结果表明,在进水ρ（COD）=709.2 mg.L-1,ρ（TN）=597.1 mg.L-1,ρ（NH4＋-N）=560.4 mg.L-1和ρ（TP）=42.5 mg.L-1的质量浓度条件下组合生态系统对于COD、TN、NH4＋-N和TP的去除率分别可以达到87%、95%、97%和95%,其中COD的去除主要在第一级表面流人工湿地,NH4＋-N和TN去除主要是在水平潜流和垂直潜流人工湿地,水平潜流和垂直潜流人工湿地对溶解性磷酸盐去除效果明显,地下渗滤起到进一步稳定出水水质的作用。水平潜流和垂直潜流人工湿地的运行结果对比表明,后者对污染物的去除率均高于前者。     

表面流人工湿地处理生活污水的研究

通过小试装置研究了表面流人工湿地对人工模拟生活污水的处理效果及相关运行参数。实验结果表明，表面流人工湿地系统对污水中的CODcr、TN、TP均有较好的综合净化能力，对各种污染物指标的去除率可分别达到CODcr 75％、TN75％、TP73％，其中CODcr和TN达到一级排放标准分别需3d和4d的表观停留时间，TP要达到二级排放标准则需6d的表观停留时间。而且，湿地植物对TN和TP的去除有比较明显的促进作用。     

几种植物在生长过程中对人工湿地污水处理效果的影响

不同的植物及植物的不同生长阶段对人工湿地系统污水处理效果都有影响。对几种华南地区常见的湿地植物在其不同生长阶段处理污水的效果进行了研究,采用了不种植物的沙滤系统作对照。结果表明:(1)植物生长过程中,植物高度能反映污水处理效果总体上的变化;(2)在植物的生长过程中,各人工湿地系统污水处理能力总体上持续增强,各水质指标pH、DO、TN、NH3-N、NO3-N、TP和CODCr等均呈下降趋势,其中TP和CODCr呈逐步下降,pH、DO、TN、NH3-N、NO3-N则呈现锯齿形波动,但总体上仍是下降过程;(3)植物系统氮处理能力好于无植物沙滤系统,而对磷TP和CODCr的去除则恰好相反;(4)不同植物对人工湿地污水的处理效果影响不明显。研究结果对探讨人工湿地污水处理规律和植物在人工湿地中的作用提供了新的科学依据,并为指导人工湿地工程的运行提供了参考。     

芦苇人工湿地对农村生活污水磷素的去除及途径

构建了芦苇(Phragmites australis)水平潜流人工湿地处理农村生活污水中的磷素,考察了湿地除磷效果以及地上植物吸磷量。结果表明,人工湿地对磷素的去除随水力停留时间的延长而增加,停留时间大于5.3 d时,芦苇湿地除磷效率可以高于88%。湿地进水TP负荷与磷去除速率之间有较好的线性关系(R2>0.91)。湿地植物在11月份收割时,地上生物量为1.65 kg.m-2,芦苇地上部分吸收磷量为3.68 g.m-2.a-1。分析了湿地除磷途径,在试验条件下,湿地填料的吸附和沉淀等作用是水平潜流人工湿地除磷的主要途径,植物吸收仅占湿地总磷去除量的9.1%,但是湿地水生植物是人工湿地重要组成部分,可以通过影响湿地的其他条件间接影响湿地除磷效果。试验证明,人工湿地是适用于农村地区的优良的污水处理技术。     

单种和多种群落湿地对污水的净化效果和植物生长生物量研究

对单种和多种植物人工湿地对污水的净化效果和植物生长生物量进行了研究.结果表明,两种湿地对有机物CODcr的净化效果差异不明显,但多种群落湿地对TP的净化效果优于单种群落湿地,而单种群落湿地对TN的净化效果又强于多种群落湿地.风车草在单种群落里生长旺盛,而在多种群落里生长稍差,单种群落的群落覆盖度明显高于多种群落的群落覆盖度;单种群落地上部分生物量为2395.6g/m2,比多种群落的地上部分生物量多1倍强,而多种群落的地下部分生物量为688.0g/m2,比单种群落的地下部分生物量多80%强;植物根系主要分布在0～5cm表层,该层根系生物量占根系总生物量的60%强.图1表2参12     

两种复合人工湿地系统对东莞运河污水的净化效果

复合人工湿地系统是将不同类型的人工湿地相组合,充分发挥各类型湿地特长,实现优势瓦补的一种更有效的污水净化系统.研究采用复合垂直流-水平潜流人工湿地和复合垂直下行流人工湿地两种复合人工湿地系统对东莞运河的河道污水进行处理,分别监测了两套不同复合人工湿地系统第一、二级湿地单元的出水情况,研究了不同时间段和一定的水力负荷下复合人工湿地系统对河道污水的净化效果.结果表明,两种复合人工湿地系统的二级湿地单元出水各指标明显优于一级湿地单元,复合垂直流-水平潜流湿地对东莞运河污水COD、BOD_5和TP的平均去除率分别达到70.52%、69.21%和55.56%;复合垂直下行流湿地系统对TP的净化尤其突出,平均去除率达到72.62%,二级出水的质量浓度在0.10～0.60 mg·L~(-1)之间,对COD和BOD_5的平均去除率分别为64.74%和60.63%.两种复合系统的出水浓度均达到<城市污水处理厂污染物排放标准>(GB 18918-2002)中的一级标准.由此可见,两种复合人工湿地系统对各污染物去除效果明显优于单一的湿地系统,且更具稳定性和耐冲击能力.     

人工湿地脱氮途径及其影响因素分析

简述了人工湿地脱氮模型。各种形态的氮在人工湿地系统中可以通过氨的挥发、植物吸收、介质沉淀吸附以及微生物硝化/反硝化作用等过程被去除。讨论了各脱氮途径对人工湿地脱氮的贡献,在大多数人工湿地的pH条件下,湿地地面氨挥发可以忽略,湿地植物叶片氨挥发量尚不清楚。湿地介质的直接吸附是短期的。植物在湿地脱氮过程中起了重要作用,但一般认为植物直接吸收和存储只占湿地脱氮的一小部分,一般低于30%。微生物的硝化/反硝化作用,是人工湿地脱氮的最主要的形式。讨论了影响人工湿地硝化作用的主要因素:溶解氧,pH和温度。大多数人工湿地的pH适合硝化作用,溶解氧和温度对湿地硝化作用的影响最大。温度不仅影响微生物的硝化作用,而且可以间接地影响植物的生长从而影响人工湿地的脱氮性能。     

Impact of photosynthesis and transpiration on nitrogen removal in constructed wetlands

To determine the impact of photosynthesis and transpiration on nitrogen removal in wetlands, an artificial wetland planted with reeds was constructed to treat highly concentrated domestic wastewater. Under different meteorological and hydraulic conditions, the daily changes of photosynthesis and transpiration of reeds, as well as nitrogen removal efficiency were measured. It was found that net photosynthesis rate per unit leaf area was maintained on a high level (average 19.0 μmol CO₂/(m²·s)) from 10:00 to 14:00 in July 2004 and reached a peak of 21.1 μmol CO₂/(m²·s) when Photon Flux Density was high during the day. Meanwhile, TN and NH₄ ⁺-N removal efficiency rose to 79.6% and 89.6%, respectively—the maximum values observed in the test. Correlation coefficient analysis demonstrated a positive correlation among photon flux density, net photosynthetic rate, transpiration rate, and TN and NH₄ ⁺-N removal efficiency. In contrast, there was a negative correlation between stomatal conductance and TN and NH₄ ⁺-N removal efficiency. Results suggest that the photosynthesis and transpiration of wetland plants have a great impact on nitrogen removal efficiency of wetlands, which can be enhanced by an increase in the photosynthesis and transpiration rate. In addition, the efficiency of water usage by reeds and nitrogen removal efficiency could be affected by the water level in wetlands; a higher level boosts nitrogen removal efficiency.     

Enhanced nitrogen removal and microbial analysis in partially saturated constructed wetland for treating anaerobically digested swine wastewater

Anaerobically digested swine wastewater was treated by a novel constructed wetland. Tidal operation was better for total nitrogen removal than intermittent flow. Mechanism of nitrogen removal by biozeolite-based constructed wetland was discussed. Simultaneous nitrification and denitrification were determined in zeolite layer. Nitrogen removal of wastewater containing high-strength ammonium by the constructed wetlands (CWs) has been paid much attention. In this study, the ability of a partially saturated CW to treat anaerobically-digested decentralized swine wastewater under varying operating parameters from summer to winter was investigated. The partially saturated CW achieved better NH₄⁺-N and TN removal by tidal flow than intermittent flow. With surface loading rates of 0.108, 0.027, and 0.029 kg/(m²·d) for COD, NH₄⁺-N, and TN, the partially saturated CW by tidal operation achieved corresponding removal efficiencies of 85.94%, 61.20%, and 57.41%, respectively, even at 10°C. When the rapid-adsorption of NH₄⁺-N and the bioregeneration of zeolites reached dynamically stable, the simultaneous nitrification and denitrification in the aerobic zeolite layer was observed and accounted for 58.82% of the total denitrification of CW. The results of Illumina high-throughput sequencing also indicated that nitrifiers (Nitrospira and Rhizomicrobium) and denitrifiers (Rhodanobacter and Thauera) simultaneously existed in the zeolite layer. The dominant existence of versatile organic degraders and nitrifiers/denitrifiers in the zeolite layer was related to the removal of most COD and nitrogen in this zone. The contribution of the possible nitrogen removal pathways in the CW was as follows: nitrification-denitrification (86.55%)>substrate adsorption (11.70%)>plant uptake (1.15%)>microbial assimilation (0.60%).