处理高污染河水垂直流人工湿地微生物群落特性

为了研究处理高污染河水垂直流人工湿地基质和根际微生物群落特性,采用PCR-DGGE技术对其进行分析,使用通用引物（BAC 338F GC和BAC 805R）对16S rDNA V3~V5区基因片段进行扩增。结果表明,湿地系统中基质微生物群落多样性随基质深度的增加呈现先增大后减小,根际微生物群落多样性逐层递减,同一垂直深度根际微生物群落多样性均高于基质;根际微环境刺激了严格好氧菌Acinetobacter tjernbergiae（不动杆菌属的）出现,证明根系具有泌氧功能;聚类分析表明湿地系统中微生物群落相似度较高,并随深度增加依次递减;测序结果表明湿地系统中拟杆菌门和变形菌门在系统发育树中分别显示出高度序列同源性,湿地系统上、中层广泛分布着好氧菌Flavobacterium sp.（黄杆菌属）和Sporocytophaga sp.（生孢噬纤维菌属）,并出现了大量的脱硫功能菌。     

不同填料潮汐流人工湿地处理SBR尾水的对比

通过构建室内潮汐流沸石-石灰石混合填料和沸石填料人工湿地装置,探讨了不同基质人工湿地对SBR尾水中污染物的去除效果。结果表明,沸石对NH4+-N的吸附能力强,且潮汐间歇运行方式使系统一直保持高效的去除NH4+-N的能力,石灰石中Ca、Mg含量高,对P有较好的吸附。潮汐流沸石-石灰石混合填料、沸石填料人工湿地对NH4+-N的去除率分别为99.8%、96.7%,对TP的去除率分别为59.6%、24.9%。石灰石呈中性偏碱性,有利于水中硝化菌、反硝化菌和某些异养菌群的生长。潮汐流沸石-石灰石混合填料、沸石填料人工湿地对TN的去除率分别为43.0%、28.0%,对COD的去除率分别为43.4%、36.7%。沸石-石灰石混合填料人工湿地上层基质中微生物量最高,达到20.45 nmol·g-1填料（相当于E.coli大小的细胞2.0×109个）。2组系统中微生物量具有较明显的分层现象,且上层高于下层,这与污染物随水流推流方向的浓度变化一致。     

水深对表面流人工湿地污染河水处理系统运行效果的影响

基于中试系统一年的连续运行监测,研究了水深对芦苇表面流人工湿地污染河水处理系统的影响。结果表明,水深对表面流人工湿地污染河水处理系统运行效果有很大影响,在进水COD、氨氮、总氮和总磷等分别为36±4.46、0.92±0.47、6.27±2.01和0.13±0.05 mg/L条件下,水深50 cm时处理效果最好,COD、氨氮、总氮和总磷去除率分别达到42.75%、58.42%、56.94%和43.24%。综合污染物去除效果和人工湿地建设工程量,芦苇表面流人工湿地的水深宜采用50 cm。人工湿地系统中植物光合生理和溶解氧等研究表明,水深主要通过影响植物生长和溶解氧等而影响人工湿地的水质净化效果。     

秋季潮汐流模拟湿地对生活污水的处理效果

采用柱状模拟器依次设计了潮汐上行和潮汐下行流人工湿地,以连续上行和连续下行流人工湿地作为对照,探讨了潮汐流人工湿地在秋季对模拟生活污水的净化能力和处理稳定性。研究表明,潮汐上行流、潮汐下行流、连续上行流、连续下行流对COD平均去除率分别为65.05%±9.07%、63.64%±8.24%、26.90%±8.49%、40.84%±6.18%。对TP平均去除率依次为45.57%±10.86%、40.16%±14.15%、23.23%±11.09%、33.28%±7.99%。潮汐上行流湿地对TN、NH4+-N去除率分别为40.63%±7.69%、23.26%±7.58%,潮汐下行流为35.98%±11.95%、22.68%±9.18%,高于连续上行流的8.20%±5.62%、11.72%±7.32%和连续下行流的13.06%±6.12%、23.38%±9.16%。4种湿地并未出现硝态氮累积现象,潮汐上行流和潮汐下行流人工湿地出水亚硝态氮总体变化趋势较为一致。连续上行流和连续下行流人工湿地,出水亚硝态氮和进水较为接近基本在0.02 mg·L-1左右。在湿地出水氮成分中,有机氮、NH4+-N、NO3--N、NO2--N占TN的平均比例依次为16.72%±3.50%、72.74%±6.49%、10.27%±3.84%、0.28%±0.20%。整体而言,在秋季潮汐流湿地对污染物也表现了较高的处理效果,且净化能力优于连续流湿地。     

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。     

基质粒径与排空时间对潮汐流人工湿地运行效能的影响

潮汐运行是强化人工湿地供氧的一种有效途径。为了解基质粒径对潮汐流人工湿地(TFCWs)处理效果及复氧过程的影响,研究了不同基质粒径TFCWs的处理性能,建立了TFCWs排空期氧转移过程的研究方法。结果表明基质粒径影响湿地对NH₄⁺的吸附性及排空期基质孔隙氧体积占比进而影响处理效果,7~9 mm基质粒径的湿地达到最佳的氨氮去除率82.6%,3~5 mm基质粒径的湿地达到最佳的COD去除率88.2%,粒径基质小的湿地中氨氧化菌属和反硝化菌属的相对丰度更高,脱氮能力强;分析排空期基质孔隙氧体积占比变化与湿地微生物耗氧过程的联系,能够优化潮汐流湿地系统的排空时间,湿地微生物的耗氧活动主要集中在氧体积占比快速下降阶段,更长的排空时间对复氧能力没有明显提升,本研究中8 h的排空时间即可满足湿地系统的氧需求。     

垂直-潮汐流人工湿地处理养猪沼液: 短程硝化的实现及机理

养猪沼液具有高${\rm{NH}}_4^{\rm{ + }} $-N、低碳氮比的特点,难以实现低成本、高效率处理。以沸石为基质,设计了一种间歇性曝气垂直-潮汐流人工湿地用于处理养猪沼液,以期在高污染物负荷下实现短程硝化,为厌氧氨氧化提供合适底物。结果表明,系统在20 d左右启动短程硝化,出水${\rm{NO}}_2^ - $-N浓度达375 mg·L⁻¹。在系统稳定运行期间,${\rm{NH}}_4^{\rm{ + }} $-N去除负荷高达343 g·(m²·d)⁻¹,且${\rm{NO}}_2^ - $-N累积率始终高于90%,显示了系统良好的短程硝化性能,出水${\rm{NO}}_2^ - $-N/${\rm{NH}}_4^{\rm{ + }} $-N比可满足厌氧氨氧化需求。低温会显著抑制系统短程硝化(P<0.01),随着温度回升,短程硝化性能明显好转。游离氨抑制和养猪沼液良好的pH缓冲能力是本系统实现短程硝化的关键因素,而沸石对${\rm{NH}}_4^{\rm{ + }} $-N的吸附、系统结构及运行方式有助于实现高效的短程硝化。qPCR研究结果表明,系统中amoA丰度远高于nxrA丰度,证实亚硝酸盐氧化菌被抑制。以上研究结果可为人工湿地优化及其在养猪沼液处理中的应用提供参考。     

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。     

多级潮汐流人工湿地对污泥厌氧消化液中氨氮及有机物的去除特征

针对城市污水处理厂污泥厌氧消化液回流而引起城市污水处理厂处理系统内氨氮累积的问题,采用多级潮汐流人工湿地(MTF-CWs),研究MTF-CWs对污泥厌氧消化液中氨氮和有机物的去除特征及其主要去除途径。经过260 d的运行,结果表明,NH4+-N和COD平均进水浓度分别为859.55 mg·L-1和446.52 mg·L-1,MTF-CWs对NH4+-N和COD均有较好的处理效果,平均去除率分别为66.50%和47.10%。在MTF-CWs中,转化为NO2--N和NO3--N占被去除NH4+-N的73.21%,硝化反应是NH4+-N去除的主要途径,MTF-CWs的平均硝化速率为0.3 kg·(m3·d)-1。TN的平均去除率为17.63%,去除效果较差,其原因在于原水中缺少反硝化所需要的碳源。     

水力条件对复合人工湿地处理城市受污染河水效果的影响

通过对水力负荷、水力停留时间等水力条件的控制,观察其对复合垂直上行流人工湿地处理城市受污染河水效果的影响.一年多来的运行结果表明:水力条件对复合垂直上行流人工湿地去除其他污染物的影响显著,但对总氮去除的影响不大.水力停留时间的延长可提高总磷、氨氮、COD的去除效果;随着水力负荷的增加,总磷、氨氮、COD去除率都有所增加...     

新型潮汐流人工湿地在分散型生活污水处理中的应用研究

为了克服人工湿地存在的供氧能力不足、总化学需氧量(TCOD)去除率不高及生物硝化不完全等问题,采用新型的潮汐流人工湿地(TF-CWs)处理分散型生活污水。TF-CWs由四级人工湿地构成,以潮汐流方式运行(运行周期为8h),以提高DO供给量;并以从建筑固体废弃物中回收的砾石和粉煤灰为填料,以强化除磷效果。结果表明,出水水质基本满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准,其中NH+4-N、TP的达标率均为100%,TCOD的达标率为98.31%;TF-CWs采用潮汐流方式运行,提高了DO供给能力,强化了对NH+4-N和TCOD的去除效果,其平均去除率分别达到96.78%、86.98%;以建筑固体废弃物粉煤灰砖制成的粉煤灰颗粒为填料的人工湿地对磷的吸附性能良好。TF-CWs可作为分散型生活污水的有效处理工艺之一,而且为建筑固体废弃物的资源化利用提供了新途径。     

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%）。     

餐厨垃圾发酵液强化潮汐流人工湿地对污水厂尾水脱氮效能

采用餐厨垃圾发酵液(food waste fermentation liquid, FWFL)作为潮汐流人工湿地(tidal flow constructed wetland, TFCW)外加碳源,考察其对污水处理厂尾水湿地脱氮效果的影响,并通过湿地氮转化速率、酶活性测定及微生物群落结构分析探究其机理。结果表明：投加FWFL后人工湿地中TN、NO₃^--N、TP的去除率分别提高了15.7%~36.2%、3.3%~42.3%、11.2%~45.8%,且FWFL的添加不会对出水NH₄⁺-N和COD产生显著影响;FWFL可改善TFCW低温时的脱氮效果;投加FWFL后TFCW的反硝化速率、反硝化酶活性以及电子传递系统活性均有所提高,TFCW微生物的丰富度和多样性明显提高,微生物群落结构也趋于稳定,反硝化菌群大量增加。变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)与念珠菌门(Candidatus Saccharribacteria)为优势菌门,水杆菌属(Aquabacterium)与产丁酸盐细菌属(Saccharibacteria genera incertae sedis)为优势菌属。     

复合人工湿地对城市受污染河水的净化效果

采用2种复合人工湿地系统处理昆明市城市河流污水,为期1年的运行结果表明:2种复合人工湿地系统对城市河流污水具有良好的污染物去除性能,TN、TP、COD和SS的月平均去除率分别达到50%、85%、85%和80%以上;2种复合人工湿地系统具有良好的耐冲击性,季节变化对出水水质不存在显著影响。其中,垂直上行流复合人工湿地系统性能更优于垂直上行流与水平流复合人工湿地系统;强降雨会对复合人工湿地出水水质造成一定的影响。     

不同植物的表面流人工湿地系统对污染物的去除效果

通过对4种不同植物的表面流人工湿地系统处理新沂河河水的中试研究表明,在CODMn和NH 4-N进水浓度相同条件下,香蒲湿地系统出水CODMn平均浓度最低,仅为13.44 mg/L;美人蕉湿地系统出水NH 4-N平均浓度最低,仅为1.75 mg/L;香蒲和美人蕉湿地系统对CODMn的平均去除率都达到40%以上,而千屈菜和水葱湿地系统都低于30%;美人蕉、香蒲和千屈菜湿地系统对NH 4-N的平均去除率都达到65%以上,而水葱系统则低于60%.综合比较,香蒲和美人蕉湿地系统的净化能力较强.4种植物中水葱耐淹能力最强,完全淹水22 d以上依然生长良好;千屈菜耐淹能力最弱,完全淹水7 d后就开始枯萎,17 d后地上、地下部分全部死亡.     

菖蒲和空心菜在处理微污染河水潜流人工湿地中的应用

为了探讨修复微污染河水的潜流湿地中植物对污染物去除效果的影响及其生长变化,在野外条件下构建2座分别栽种菖蒲和空心菜的水平潜流人工湿地,并以未栽种植物的湿地作空白。分析了湿地中污染物的去除效果,考察了湿地中植物的生物量、根系活力和氮磷含量的变化。植物湿地中污染物净化效果优于空白湿地,菖蒲和空心菜湿地对氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸盐指数(CODMn)的平均去除率分别为61.1%和57.5%,31.5%和39.7%,24.7%和25.5%,20.4%和20.7%。实验结果表明,湿地中菖蒲的根系鲜重是空心菜的4.2倍,但其根系活力低于空心菜。2种植物均可在湿地中正常生长,但受湿地中营养盐浓度的限制性影响,移栽后的植物组织氮磷含量与移栽前相比下降了11.8%~20.3%。植物在净化微污染河水的潜流人工湿地中对N、P的去除起重要作用。     

组合型人工湿地对二级好氧单元出水的深度处理

经过好氧处理后,污水中有机碳通常被降解去除进而影响后续反硝化的进行。为了解决反硝化因缺少碳源受到抑制的问题,设计了3组人工湿地作为好氧单元出水的深度处理系统,并添加原污水作为反硝化碳源。3组人工湿地均由潮汐流人工湿地和潜流人工湿地叠置而成,编号分别为CW1、CW2和CW3,其中CW1、CW3为下行-上行复合流,CW2为下行单向流;CW2、CW3表层种植美人蕉(Canna indica),CW1不种植物。在水力负荷为30 cm·d~(-1)的条件下,3组人工湿地对有机物的去除率都在70%左右。CW1对NH_4~+-N、TN和TP的平均去除率分别为71.2%、51.7%和35.9%;CW2对NH_4~+-N的处理效果最好,对TN的去除效果最差,平均去除率分别为91.5%和38.3%;CW3能够明显提高TN和TP的处理效果,平均去除率分别为69.9%和62.2%。复合流和种植美人蕉能够明显提高系统对污染物的综合处理性能,这对于优化人工湿地设计以及低C/N生活污水的深度脱氮均有重要的借鉴意义。     

人工湿地处理城市污水效能的影响因素分析

为解决人工湿地占地面积大、处理效率低、容易堵塞,往往需要间歇运行等问题,通过对传统的人工湿地进行改造,设计一套新型人工湿地床系统——折流式湿地床 侧流式湿地床,并通过试验对其处理城市污水的运行效能的影响因素进行了研究.研究结果表明,降雨、蒸腾和蒸发、温度、植物收割及堵塞作用对人工湿地运行有不同程度的影响,人工湿地受降雨因素的影响,其出水COD值比降雨前低,同时较人工湿地由于降雨作用所导致的COD稀释浓度高2.4～5.7 mg/L,而降雨使出水SS比降雨前高5.0～7.2 mg/L;堵塞缩短了折流湿地床的运行周期及降低了COD的去除,水力负荷为102.87 cm/d时,运行周期为20 d,水头损失由5.2 cm增至14.8 cm,COD去除率由84.35%降至21.19%;水力负荷为137.16 cm/d时,运行周期为16 d,水头损失由5.0 cm增至15.0 cm,COD去除率由81.26%降至7.35%.     

垂直流人工湿地水力学特性研究

通过示踪剂实验从停留时间分布（RTD）曲线及其统计特征值等方面对垂直流人工湿地的水力学特性进行了定性和定量的分析。研究表明水流在垂直流人工湿地中的流动是一种非理想的不均匀流动,存在一定的死区和水流的扩散;垂直流人工湿地较大的死区率与其表面布水的不均匀性有关,这也可能是其死区率大于表流人工湿地的最主要的原因。实验还表明,进水流量对垂直流人工湿地停留时间分布影响较大,随着进水流量的增加,平均停留时间减小,但标准平均停留时间增大,死区率减小;当进水流量为15L／h（水力负荷为620mm／d）时,水流在湿地中的散度最大,水流更接近全混流,不利于污染物的降解。