潜流、垂直流人工湿地污染物净化效果及耐污染负荷冲击能力研究

依托建立在新沂河河漫滩上的人工湿地中试工程进行现场试验,研究分析潜流和垂直流2种人工湿地对污染河水的净化效果及其耐污染负荷冲击能力。结果表明:在相同的进水高锰酸盐指数浓度条件下,垂直流对高锰酸盐指数的净化效果明显优于潜流;2种人工湿地对NH4+-N的去除率均比较高(平均去除率均高于80%),且没有明显差异;2种人工湿地构造不同引起的水流运行方式及截留、过滤作用的差异对高锰酸盐指数的去除影响较大,而对NH4+-N去除的影响较小;进水污染负荷变化对人工湿地污染物去除的影响显著,垂直流耐高锰酸盐指数污染负荷冲击能力明显强于潜流,而对NH4+-N污染负荷变化,两者都表现出了较强的耐受能力,差异不明显。     

2种人工湿地的水力停留时间及净化效果

以复合垂直流人工湿地(IVCW)和水平潜流人工湿地(HSCW)为研究对象,研究了2种湿地运行的季节性最佳水力停留时间(HRT)参数,并监测了2种湿地在最佳HRT参数下运行时对污水的净化效果。结果显示:(1)在IVCW中,最佳HRT在春、秋季为8～10 h;夏季为6 h;冬季为12 h。在HSCW中,最佳HRT在春、秋季为10～12 h;夏季为6～8h;冬季为24～36 h。(2)2种湿地对COD的去除率均无显著的季节性差异;湿地进水中NH4+-N/TN比值与TN去除率显著负相关;不同季节下IVCW对TN的去除效果均高于HSCW。(3)水温对TN、TP去除率的影响在IVCW中比HSCW中的明显;水温高时,2种湿地中的TN去除率较高,IVCW中的TP去除率也较高,但HSCW中的TP去除率则较低,它们间均未达到显著的相关性。     

水平潜流人工湿地在不同水力负荷下的水力效率及可视化分析

构建水平潜流人工湿地装置,通过NaCl示踪脉冲实验,得到不同水力负荷条件下的水力停留时间分布密度曲线,根据不同停留时间的关系计算相对水力效率,并利用染料,进行不同水力负荷下的可视化示踪实验,通过MATLAB处理得到高对比度的流态图像。观察“死区”分布,计算“死区”相对面积用以表征其水力效率。结果表明,湿地装置进水水力负荷较高或较低时,水力效率均较低,且水力负荷较大时更明显;水力分布散度（σ2θ）的大小会对水平潜流人工湿地水力效率造成较大影响;在不同水力负荷下,采用水力学效能（λ）所得到的排序结果相比短路值（s）和有效体积比（e）更能代表实际水平潜流人工湿地的水力效率。     

出水口位置对垂直潜流人工湿地净化的影响

研究出水口位置对垂直潜流人工湿地净化的影响。垂直潜流人工湿地以间歇进水方式运行,进水水力负荷为0.125m3/(m2.d),进水来自南宁市琅东污水处理厂初沉池出水。研究结果表明,出水口位置对垂直潜流人工湿地净化有显著影响。与底部出水相比,中部出水的TN、SS和COD去除率分别提高了8.01%、8.48%、7.99%,出水NO-3-N质量浓度降低了9.38 mg/L;但NH+4-N去除率则降低了26.25%,TP去除率降低了21.21%。     

垂直潜流人工湿地技术在上海市农村污水处理中的应用和发展

不同规模垂直潜流人工湿地技术在上海市农村污水处理实际应用的结果表明,采用垂直潜流人工湿地处理农村地区的污水在技术上、经济上和运行管理上都是可行的,值得在农村地区推广.同时,解决了垂直潜流人工湿地技术在上海市农村污水处理应用过程存在的诸多技术瓶颈问题,提出了多种防止垂直潜流人工湿地发生堵塞雍水的对策措施.     

四川望佳人工湿地系统生活污水净化效果

取样监测分析了望佳人工湿地系统各组成单元对COD、TN、NH3-N、TP和SS的去除效果。在水力负荷为0.18 m3/m·d、温度为8~19℃、p H为6~8的条件下,分析结果表明,各单元COD、TN、NH3-N、TP和SS的系统去除率满足:人工快渗池>厌氧调节池>1号表流湿地>潜流湿地>氧化塘>2号表流湿地>1号水平潜流湿地>2号水平潜流湿地,其中人工快渗池单元的系统去除率平均值分别为21.21%、22.74%、22.49%、25.58%和30.85%。监测期间COD、TN、NH3-N、TP和SS的总去除率平均值分别为89.41%、90.27%、89.89%、89.89%和92.28%,系统出水达《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准的B标准。监测表明,该湿地设计偏于保守,还可以优化设计单元以减少建设和运行成本。     

不同氮磷负荷下3种填料类型的潜流湿地对复合抗生素的去除效果

潜流湿地对水体营养盐具有较好的去除效果,但其对水体抗生素去除效果如何,有关的研究较少。为此,设计了沸石(CW-Z)、沸石+生物陶粒(CW-B)以及沸石+火山岩(CW-V)为填料基质的3种小型人工潜流湿地实验系统,采用人工污水间歇换水的方式(周期24 h),在3种不同氮磷负荷下,研究了不同类型湿地对营养盐和抗生素(磺胺嘧啶SDZ和诺氟沙星NFX)的去除效果。结果表明,3种填料类型的湿地对SDZ(>60%)和NFX(>90%)的去除率有显著差异(P<0.05),CW-B对于SDZ和NFX均有较好的去处效果,去除率高达90%以上;CW-Z和CW-V对于复合抗生素的平均去除率分别为70%和50%。此外,在3种氮磷污染负荷下,CW-B对于TP(51.99%~93.84%)、COD(84.96%~95.01%)均有较高的去除率,CW-V对于TN有较高的平均去除率(68.26%~91.32%);3种湿地系统对于NH₄⁺-N的去除率随着污染负荷的上升并无显著变化,且CW-B出水的硝氮(NO₃-N)和亚硝氮(NO₂-N)含量高于CW-Z和CW-V。综上所述,“沸石+生物陶粒填料”湿地具备同时高效去除水体中的TP和抗生素的潜力,而“沸石+火山岩填料”湿地可以高效去除水体中的TN,较高的氮磷负荷会影响抗生素的去除率。本研究结果可为处理含新兴污染物污水人工湿地的设计提供参考。     

组合人工湿地工艺微生物群落结构及脱氮效果研究

将复合垂直流、表面流、潜流3种不同类型的人工湿地串联起来,研究每种人工湿地的脱氮微生物及其脱氮效果.结果表明,各种人工湿地池填料表面微生物数量丰富,组合人工湿地系统形成两个串联的A/O单元,脱氮效果良好,其中总氮去除率达82.61%.     

进水碳负荷浓度对垂直潜流式人工湿地中植物根系微生物动态的影响

植物的不同生长发育阶段是影响根系微生物功能多样性的原因之一。植物的生长改变了微生物的群落结构。在低有机负荷或高有机负荷下,植物幼苗与成苗根系的微生物整体活性均差异明显,一般成苗期具有较高AWCD值。有植物湿地中微生物Simpson和Mcintosh多样性指数在植物成苗期均明显高于幼苗期(P0.05),但Shannon指数变化不明显(P0.05)。无植物湿地中微生物Simpson和Mcintosh指数受季节影响差异显著(P0.05)。主成分和聚类分析结果表明,不同生长发育阶段其微生物种类存在差异,而且不同进水条件下有植物湿地和无植物湿地各自有相似的微生物群体结构。     

不同组合垂直潜流式人工湿地对高碳或氮污水的净化效果

4种组合的垂直潜流式人工湿地在高C和高N污染物负荷条件下都可以得到很好的污染物降解效果.VDFVUF湿地组合被确定为最优的组合,它在夏末(7月和8月)和初秋(9月)可以得到较高的污染物去除率,且在8月份可以达到最大值.VDF-VUF湿地组合对于COD、TN和TP去除率的平均值在高C污染物负荷条件下分别为(96.97 ±6.32)％、(89.45 ±5.29)％和(83.12±6.03)％;在高N污染物负荷条件下分别为(93.21±7.84)％、(94.27±4.36)％和(82.36±5.52)％.各种人工湿地组合的COD和TN的去除率都受到了季节变化、湿地组合类型以及这两者的综合效应的显著影响;但是TP的去除率则不受任何因素的显著影响.     

人工湿地不同基质配置对复合重金属污水的长期处理效果

为探究不同基质对含有复合重金属污水的长期处理效果及重金属在人工湿地中的分布特征,通过温室内构建基质分别为砾石(CK)、沸石(F)、生物炭(S)和沸石-生物炭(FS)的4组垂直潜流人工湿地污水处理模拟装置,连续运行161 d,观测出水水质变化并研究湿地各系统中重金属的浓度分布特征。结果表明,所有装置出水均呈低溶解氧状态,pH呈中性或弱碱性;4组人工湿地均具有良好的脱氮除磷及重金属去除效果,有机物、TN、NO₃^--N、NH₄⁺-N和TP的平均去除率分别为91.93%~95.85%、86.08%~89.80%、94.99%~97.60%、75.22%~83.58%和60.35%~64.61%,Cu、Zn、Pb、Cd和Cr 5种重金属的去除率均在90%以上;菖蒲体内重金属的质量浓度表现为地下部分＞地上部分,但菖蒲体内富集的重金属总量相对较少,整个系统中重金属主要富集在基质中(77%~96%);与湿地CK相比,沸石与生物炭的联合添加显著提高了污水的净化能力(P<0.01),但运行后期,装置对复合污水的去除率呈一定的下降趋势。     

基质结构对水平潜流人工湿地净化效果影响

为研究基质填充结构变化对人工湿地净化效果的影响,构建2个不同基质结构的对比水平潜流人工湿地实验系统,对城市污水处理厂出水进行深度处理。实验结果表明,1～7 mm石英砂均混填充结构人工湿地系统对COD、NH4+-N和TP的平均去除率分别为49.5%,40.1%和56.1%;比较而言,1～7 mm石英砂分层填充结构湿地系统对3种污染物的平均去除率分别为53.7%,60.4%和68.6%。方差分析表明,不同石英砂结构的人工湿地对COD、NH4+-N及TP的净化效果差异显著(p<0.05)。此外,不同水力停留时间条件下,基质填充结构不同的湿地系统对以上3种污染物的净化效果也存在显著差异(p<0.05),去除率随着水力停留时间的增加而升高,当HRT为36 h时,各系统均能取得较好的净化效果。     

潮汐流-垂直潜流人工湿地对城市径流污染物净化效果

人工湿地(CW)在城市径流污染源头控制中发挥重要的作用。采用潮汐流(TFCW)-垂直潜流(VFCW)串联的复合人工湿地工艺(TF-VFCW),以砾石为填料构建人工湿地模型,探究TF-VFCW长期运行下COD_cr、NH₄⁺-N、NO₃⁻-N、TN和Cu²⁺的去除效果以及微生物群落变化对污染物去除效果的影响。结果表明：在80 d的运行中,TF-VFCW对COD、NH₄⁺-N、TN的去除效率逐渐下降,平均去除率分别为62.92%、65.54%、80.83%;系统对NO₃⁻-N的去除率先保持稳定,随后在波动中略有下降,平均去除率为95.27%;对TP的去除效果相对较为稳定,平均去除率为87.64%;对Cu²⁺的去除率虽有较大波动但总体上呈现上升的趋势,平均去除率为40.22%。TFCW单元的去污能力明显优于VFCW单元。随着时间的推移,TFCW单元在门水平上的优势菌种由Proteobacteria(变形菌门)变为Firmicutes(厚壁菌门);在属水平上,TF-VFCW中主要除氮微生物为Thauera(索氏菌属)、Thiobacillus(硫杆菌属)、Hydrogenophaga(噬氢菌属)、Nitrosospira(亚硝化螺菌属),主要除磷微生物为Pseudomonas(假单胞菌属)、Dechloromonas(脱氯菌属)、Bacillus(芽孢杆菌)等。TFCW的除氮、除磷功能微生物的多样性要明显优于VFCW。温度对除氮、除磷功能微生物的多样性和群落结构影响较大,NH₄⁺-N、NO₃⁻-N、 TN的去除效果明显受到温度的影响,而磷的去除受温度影响较小,其主要通过基质吸附和植物吸收。     

垂直流人工花卉湿地模拟系统净化污水的效果

通过在垂直流模拟人工土柱上种植不同的花卉植物，研究了垂直流花卉人工湿地对污水COD、BOD5、TN和TP的净化效果的影响。结果表明，所选用的5种陆生花卉，甚至鲜切花卉对化粪池污水有比较好的净化效果，它们对BOD5的去除率可达到92．04％以上，对TP的去除率甚至可达到97．77％以上。而且种植花卉植物的人工湿地出水水质要好于不种植物的对照湿地系统。     

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。     

潜流人工湿地对微污染河水的净化效果

为了探讨潜流人工湿地对微污染河水的净化效果,在野外条件下构建潜流人工湿地,分析了湿地中pH、氧化还原电位(ORP)和DO的进出水变化,考察了湿地中污染物的净化效果,探讨了温度对湿地净化效果的影响。各湿地进、出水DO浓度相差不大;除美人蕉湿地外,其余湿地出水pH较进水变化较小;植物湿地出水ORP较进水均有所增大。植物湿地对污染物的去除效果均优于空白湿地,且随着气温的升高,NH4+-N、TN和CODMn的去除率逐渐增加,去除率分别可达90%、50%和20%。TP去除率却未随温度发生明显变化,始终波动在30%～60%之间。相关性分析结果表明湿地中NH4+-N和TN的去除率与温度相关,较低的有机物浓度造成CODMn的去除率与温度相关性差,由于湿地对磷的去除主要以颗粒态磷(PP)为主,TP的去除与温度不相关。     

不同尺度潜流人工湿地对污染河水的净化机制

为了揭示潜流人工湿地对污染河水的净化机制,通过构建实验室规模和中试规模2种尺度的人工湿地,系统分析了人工湿地净化污染河水过程中的基质特性、微生物特性和植物作用。结果表明,2种尺度人工湿地对悬浮固体（SS 95.86%,94.74%）和有机物（COD 85.29%,80.41%;BOD5 90.60%,89.99%）的去除效果相近,而实验室规模湿地对营养物的去除效果（TN 30.13%,TP 76.89%）优于中试规模湿地（TN 20.27%,TP 52.45%）。实验室规模人工湿地的微生物群落多样性和微生物数量更高,并且具有能够脱氮和降解有机物的特属优势菌种黄杆菌和金黄杆菌。中试规模人工湿地能够更好地为植物生长提供适宜的环境条件,中试规模湿地中的植物生物量（1.47 kg·m-2）高于实验室规模湿地（1.12 kg·m-2）,而且植物在湿地氮磷去除中的贡献率（TN 23.55%,TP 8.80%）也高于实验室规模湿地（TN 11.03%,TP 4.46%）。     

垂直流人工湿地中基质组合对污水的处理效果及模型模拟

选择石砾、粗砂、细砂作为垂直流人工湿地的基质在实验室内研究不同粒径的基质在不同的水力负荷和对不同浓度污水对污染物的去除效果,根据实验结果选取基质应用于示范基地,利用人工湿地模型Subwet2.0对人工湿地示范基地进行模型模拟,为农村生活污水人工湿地系统的处理设计及模拟出水水质提供参考。研究结果表明:石砾、粗砂、细砂为基质对污染物去除率较好的水力负荷分别为小于0.9、0.6和0.3 m/d时;石砾基质对COD的最佳污染负荷为970 mg/L,粗砂、细砂基质为468~970 mg/L;粗砂和细砂基质对NH4+-N去除效果相似;在北方地区垂直流人工湿地主体基质建议使用粗砂或石砾以减少堵塞的风险;利用Subwet2.0模型模拟人工湿地示范基地的出水水质,根据当地条件在反应参数的取值范围内调整了相应的参数值,模拟的结果符合性很高。     

不同运行条件下潜流人工湿地的水力效率分析

水力停留时间是湿地系统处理效果和水力学优化设计考虑的重要因素。在实际工程应用中,可通过调节不同的运行条件使湿地得到最优化。鉴于水力效率可以综合分析水力停留时间及分布散度对湿地水力学性能的影响,通过不同进/出水口位置和进水流量下潜流人工湿地的脉冲示踪实验,获得其水力停留时间分布曲线,计算不同运行条件下的相对水力效率并进行对比分析。结果表明,进水口位置在上层(进水口①)和小进水流量(0.050 7 m3/h)的湿地系统因具有较长的平均水力停留时间和较小的分布散度,因此其水力效率最高;各进水口的潜流人工湿地出水口位置在上层(出水口①)的有效体积比和水力效率均最大,这可能与出水口所在的填料层孔隙率有关。     

垂直流人工花卉湿地模拟系统净化污水的效果

通过在垂直流模拟人工土柱上种植不同的花卉植物,研究了垂直流花卉人工湿地对污水COD、BOD5、TN和TP的净化效果的影响.结果表明,所选用的5种陆生花卉,甚至鲜切花卉对化粪池污水有比较好的净化效果,它们对BOD5的去除率可达到92.04%以上,对TP的去除率甚至可达到97.77%以上.而且种植花卉植物的人工湿地出水水质要好于不种植物的对照湿地系统.