植物塘-人工湿地复合系统基质与植物筛选及农田退水处理研究

通过等温吸附试验研究4组不同组合基质对水中氨氮和磷素的吸附效果,考察模拟农田退水中植物的生长状况及对化学需氧量(COD)、氨氮(Ammonia)和总磷(TP)去除率,并从6种水生植物中选取适宜的栽种植物,进而构建植物塘-人工湿地复合系统,以处理模拟农田退水.结果 表明,由Langmuir方程得到组合基质对氨氮的最大吸附量从大到小依次为M3、M1、M4、M2,对磷素的最大吸附量从大到小依次为M1、M3、M4、M2.选择M1为植物塘的最佳填充基质,M3为人工湿地的最佳填充基质.模拟农田退水中挺水植物和沉水植物生长状况迥异,4种挺水植物对氨氮和TP的去除效果差异显著,其中氨氮的去除率从大到小依次为菖蒲、千屈菜、泽泻、香蒲,TP的去除率从大到小依次为泽泻、千屈菜、菖蒲、香蒲;2种沉水植物中狐尾藻对COD、氨氮和TP的去除率均显著高于金鱼藻.选择狐尾藻为植物塘的栽种植物,“菖蒲+泽泻+千屈菜”为人工湿地的栽种植物.植物塘-人工湿地复合系统对COD去除率为96.05％～ 98.06％,氨氮去除率为98.07％～98.88％,TP去除率为95.14％～96.68％,去除效果均良好.     

不同配置人工湿地对分散性生活污水的处理效能研究

为研究不同植物及组合(美人蕉+黄菖蒲、花叶芦竹、黄菖蒲、旱伞草)与不同填料(陶粒、沸石、改性沸石、改性钢渣)对系统处理分散性生活污水效能的影响,建立了8种不同配置的潜流式人工湿地中试系统。结果表明,各湿地对COD均具有较好的去除效果(去除率大于70%)。旱伞草、黄菖蒲+美人蕉、黄菖蒲和花叶芦竹四植物系统对TN的去除率均呈先降低后上升的趋势,最终平均去除率分别为57.8%、51.1%、50.4%和45.5%。改性沸石、沸石、陶粒和改性钢渣填料系统对TN平均去除率分别为96.4%、83.7%、34.6%和26.6%。各植物系统对TP的去除效果差异不显著,其中旱伞草系统TP平均去除负荷最大(0.63 g/(d·m2))。各填料对TP的去除效果从大到小依次为改性钢渣、改性沸石、陶粒、沸石,改性钢渣和改性沸石对TP的去除能力显著高于陶粒和沸石,平均去除率达86.3%和78.8%。研究表明,分别采用旱伞草和改性沸石为湿地植物和填料具有较好的应用前景。     

不同基质人工湿地去除电镀重金属(Cr,Zn)的研究

选取沸石、煤渣、沸石+煤渣作为基质,研究3种不同基质人工湿地对电镀重金属(Cr,Zn)污水的净化效果。结果表明,3种基质对于重金属Cr,Zn均有明显的去除效果,去除率都在74%以上;煤渣和沸石发生了协同作用,对重金属Cr的去除效果好于其单独使用;种植植物的煤渣与沸石混合基质人工湿地去除重金属Cr,Zn能力优于种植植物的沸石基质人工湿地。     

潜流人工湿地经济植物根际微环境相关指标的研究

通过对潜流人工湿地中经济植物根际土壤微环境一些相关指标的测定,探究了这些指标在湿地中水平方向和垂直方向的变化趋势与湿地NH4＋－N ,TN去除率之间的关系。研究结果表明,硝化作用强度、土壤脲酶活性在水平方向和垂直方向呈逐渐降低的趋势;反硝化作用强度呈中间高,两端低的趋势,垂直方向则沿程降低。湿地土壤硝化作用强度、反硝化作用强度、脲酶活性与湿地氮素去除能力相关性明显,且与栽种植物种类有关。     

人工湿地对二级出水中TN、TP去除效果的季节性研究

研究了垂直流和表面流两种人工湿地系统在水力停留时间为2 d条件下,在不同季节对二级出水中TN、TP的去除效果。结果显示,垂直流湿地系统对TN、TP的去除效果优于表面流湿地系统。两种类型的人工湿地对TN的去除效果随季节的变化而波动,夏秋季节去除率最高,春季次之,冬季去除效果最差;垂直流人工湿地系统对TP的去除效果随季节的变化趋势与TN去除率的变化相同,而表面流湿地系统对TP的去除效果在春夏秋季变化不大,冬季的平均去除率仅有16.5%。分析认为,人工湿地应用于二级出水的深度处理,对于满足观赏性景观环境用水(尤其是观赏性河道和湖泊类)的水质指标是可行的。     

人工湿地对二级出水中NH3-N、TP去除效果

在水力停留时间为1～7 d的条件下,研究石菖蒲、美人蕉、水芋、杜鹃、一叶兰和袖珍椰子等6种植物湿地系统在表面流情况下对二级出水中NH3-N、TP的去除效果.结果显示,6种植物湿地系统对二级出水中NH3-N、TP的去除效果存在差异,但随着水力停留时间的加长,各系统的总体变化趋势较为接近.分析认为,植物的吸收不是污水中N、P去除的主要原因,但植物的环境适应性对NH3-N的去除有一定影响.在中水回用的设计中,湿地植物的选择可以从美学角度出发,选择具有较强环境适应性的湿地或水生植物,以增加湿地系统的景观效果;同时在以二级出水为原水的表面流人工湿地设计中,水力停留时间不宜大于4 d.     

反硝化细菌强化潜流湿地的污水处理厂尾水脱氮试验

为了揭示反硝化菌强化潜流湿地的污水处理厂尾水脱氮效果及机理,以砾石、红砖碎块、钢渣、陶粒、土壤为湿地填料,茭白、梭鱼草、黑麦草、红叶石楠为湿地植物,构建了两套湿地系统,其中一套投加菌剂,另一套作为对照组,使用双总体t检验方法分析了投加反硝化细菌B8(Pseudomonas putida)菌液于水平潜流湿地系统的操作与生物强化湿地脱氮程度之间的相互关系。结果表明,将反硝化菌(B8)菌液连续14 d投加于水平潜流湿地后,在强化潜流湿地运行的58 d内,其NH_4~+-N、NO_2~--N和TN平均去除率分别为65.3%、94.2%和71.5%;而未投菌的潜流湿地的NH_4~+-N、NO_2~--N和TN平均去除率分别为28.2%、74.7%和43.1%,加入菌剂使潜流湿地氮素去除能力大幅提高。双总体t检验方法分析表明,在停止投菌运行的41 d内,接种B8细菌的湿地系统的总氮去除率显著高于未投菌的湿地系统(p0.05);但在停止投菌运行的58 d内,投菌湿地和未投菌湿地脱氮效果的差异不显著(p0.05),因此确定B8强化水平潜流湿地系统的投菌周期为58 d。     

ZnCo-LDHs改性人工湿地沸石基质对城市污水的净化效果

选取常用的垂直流人工湿地沸石基质,采用金属离子物质的量比(Zn~(2+)∶Co~(3+))为2∶1在碱性环境下共沉淀生成ZnCo-LDHs,并覆膜于沸石基质表面,分析了改性前后基质的物化特性;构建模拟垂直流人工湿地基质试验柱,对改性前后2种沸石基质对城市污水的净化效果进行了研究。结果表明:Zn Co-LDHs覆膜改性沸石基质的方法是可行的;ZnCo-LDHs覆膜于基质表面,改变了原始沸石基质的物理化学特性,促进了基质对污染物的物理拦截和物化吸附作用;ZnCo-LDHs改性基质对城市污水中CODCr、氨氮、TP的净化效果均有所提高,其平均去除率分别达到了76%、63%和88%。     

磺胺抗生素在河流沉积物中的吸附特性研究

地表水环境是抗生素污染物的重要汇。磺胺类抗生素是地表水环境中重要的抗生素类污染物,对生态系统及人类健康构成严重威胁。磺胺类抗生素在水-土界面的迁移、扩散研究对维护水环境及人类健康有重要意义。采用OECD Guideline批量平衡法,通过对磺胺嘧啶(SD)在河流沉积物中吸附过程、吸附机理及不同阳离子影响的研究,探讨了SD在水-土界面的环境行为。结果表明,SD在各断面沉积物中的吸附动力学过程均最适于用Elovich方程描述。SD在各断面沉积物中的吸附行为最适宜用Freundlich方程描述。SD在沉积物中的吸附量与沉积物的有机质质量比及阳离子交换量显著相关(p0.05)。不同价态阳离子的竞争吸附能力为价态越高,竞争能力越强,从小到大为M+(Na+、K+)、M~(2+)(Ca~(2+)、Mg~(2+))。     

低分子有机酸对湿地磷吸附饱和填料的解吸研究

针对人工湿地基质磷吸附饱和后服务年限缩短的问题,以植物根系分泌物中低分子有机酸为解吸剂,开展磷吸附饱和基质的解吸再生研究,探讨4种有机酸种类及其浓度(柠檬酸、草酸、苹果酸及三者混合酸)对两种基质(煤渣和废弃混凝土)解吸的影响,并对再生后的基质开展磷的再吸附研究,确定再生效果。试验结果表明,煤渣和废弃混凝土的饱和吸附量分别为588.24 mg/kg和1 428.75 mg/kg,4种有机酸中,柠檬酸的解吸性能显著优于其他三者,当柠檬酸浓度达到2 mmol/L时,对两种基质的解吸达到了一种相对平衡的状态,此时解吸率为53.23%和15.71%。在以柠檬酸作为解吸剂的条件下,将解吸后的填料进行再次吸附,此时对25 mg/L磷酸盐溶液的最大吸附量分别为42.08 mg/kg和120.31 mg/kg,是首次磷吸附量的43.35%和90.35%,证明了基质再生的可行性。     

下行流人工湿地处理生活污水的研究

用下行流人工湿地处理生活污水,分析了系统对CODCr、TP、TN的处理效果,并将有无植物2种系统对污染物的去除效果进行对比.研究结果表明,下行流人工湿地对有机物、氮、磷都有很高的去除率;进水中TN和TP的浓度变化对出水中氮磷含量影响不大,系统对氮磷有一定的抗冲击能力;植物在污染物去除过程中起了重要的作用.     

深床过滤应用于垂直流人工湿地净化效果与堵塞研究

在序批式工况下,研究了深床过滤型垂直流人工湿地(深度1.5 m,C系统)相对常规0.5 m(A系统)和1.0 m床深(B系统)湿地对进水中主要污染物的净化效果和堵塞过程。结果表明,C系统污染物整体去除效果最优。A,B,C系统分别在运行约140,155,175天后严重堵塞,各系统总处理水量A B C=1.0 2.1 3.2,深床过滤垂直流人工湿地能一定程度延缓湿地堵塞,增加水处理量,水力负荷一定时,可有效减少湿地建设面积。     

冶金尾矿用于垂直流模拟柱处理生活污水的研究

选取1#钢渣与铁尾矿组合、2#粉煤灰与铁尾矿组合2种填充方式填充成基质柱,进行垂直流人工湿地模拟柱净化污水实验,测定其对生活污水中TP、TN及COD的去除效率.实验结果显示,2个模拟柱对TP的去除效果都比较明显,最高去除率均能达到90％以上.2个模拟柱除氮效果均不太理想.1#柱对COD的去除效果良好且最稳定,2#柱处理效果略差.水力停留时间为5d时,2个模拟柱对污染物的去除效果基本达到稳定.3周内,随着实验周期的延长,模拟柱系统逐渐稳定.     

湿地植物根际微生物处理生活污水模型的长期研究

在冬季和春季分别做了为期2个月的长期实验。研究了人为增加湿地植物根际微生物对生活污水中COD的降解效果,以及温度的影响,细菌数量的变化,湿地基质的堵塞状况。连续运行的结果表明,随着时间的增加,空白模型和实验模型上层土壤中的细菌数量呈上升趋势,同时处理率稳步提高。表明废水中COD的去除与湿地系统中成长的微生物数量有关。在温度大于10℃时,温度与模型处理率没有相关性。空白模型出现不同程度的积水现象,而实验模型运行正常,土壤渗透率测定中,空白模型土样的渗水时间比试验模型长28%,均说明实验模型中人为添加的菌对湿地的堵塞具有明显的缓解作用。     

臭氧生物活性炭有机物吸附与生物降解量化分析

以西安北石桥污水净化中心出水为研究对象,通过对臭氧-生物陶粒与臭氧-生物活性炭处理工艺的对比研究,分析比较了两种生物过滤系统的生物活性及有机物去除特性,建立了臭氧-生物活性炭工艺在有机物降解过程中吸附和生物降解作用的量化计算方法,探讨了臭氧-生物活性炭工艺有机物降解过程及去除机理.研究表明:臭氧-生物活性炭工艺对有机物的去除是活性炭吸附和生物降解的协同作用,其中生物降解占主导作用,约占有机物总去除量的65%,生物降解作用去除的有机物几乎全部是易于降解的溶解性有机物;而吸附作用去除的有机物约占有机物总去除量的35%,去除的有机物中难降解和易于降解的有机物的量基本相当.     

腐殖酸对砂质土壤吸附Cr(VI)的影响

利用系列摇瓶振荡实验,研究了在砂质土壤介质中腐殖酸(HA)对Cr(VI)还原作用及增强土壤表面对其吸附的影响.通过改变反应接触时间、pH值、HA投加量等条件,确定了最佳吸附反应条件.结果表明:砂质土壤中存在HA时,可使Cr(VI)还原为毒性较小的Cr(Ⅲ),明显增强土壤对可溶态Cr离子的吸附能力,比同等条件下无HA的土壤吸附量增大1倍以上.一般整个反应过程约8 h即可达到稳定.pH值对Cr的还原和吸附有很大的影响,酸性条件下的吸附量比碱性条件可增大1倍,最佳pH值为2～4;当pH＞5时吸附能力急剧下降,pH=10时吸附去除量降为20%.有HA存在时砂质土壤土对Cr(VI)的吸附反应为一级动力学反应,K298=0.033 5 min-1,砂土对CrO2-4的等温吸附曲线较好地满足Langmuir公式.     

六种基质的李氏禾湿地系统对Cr(Ⅵ)净化效果的差异

为了筛选对Cr(Ⅵ)净化效果好的湿地基质,通过小试实验,研究了以水稻土、红土、沙子、泥炭、硅藻土、粉煤灰为基质的李氏禾(Leersia hexandra Swartz)湿地系统对Cr(Ⅵ)的净化效果,并比较了6种基质的湿地系统中pH、Eh、有机质含量、微生物数量和李氏禾生物量的差异,结果表明,以泥炭和水稻土为基质的湿地系统的Cr(Ⅵ)净化效果显著好于其他基质的湿地系统,并且这2种基质湿地系统中李氏禾的生物量显著高于其他4种基质的湿地系统(p0.05)。当Cr(Ⅵ)进水质量浓度为5 mg/L时,泥炭、水稻土人工湿地对Cr(Ⅵ)的平均去除率可达到99.94%和99.54%。6种基质的pH有较大差异,但总体而言,p H较高的硅藻土和粉煤灰不利于Cr(Ⅵ)的还原去除。     

人工湿地型微生物燃料电池研究进展述评

湿地型微生物燃料电池(Constructed Wetland-Microbial Fuel Cell,CW-MFC)由人工湿地和微生物燃料电池耦合而成,因其具有丰富的微生物种群和较强的电极催化活性,在水质净化和生物产电领域有着良好的应用前景。从CWMFC反应器结构、电极材料及电极布置、填充材料、湿地植物、微生物和运行参数等几个方面对其研究和应用现状进行述评。总体上,大多数CW-MFC系统的产电效果并不理想,普遍净能量回收率小于0.050(kW·h)/kg COD,但在污染物处理去除方面效果显著,COD去除率基本可以达到80%以上。目前,上流式的垂直流运行模式是最合理且常用的运行模式,颗粒状的石墨或者活性炭与金属集电器的组合则是理想的电极材料,较小电极间距、多电极和扩大阴极的电极布置可有效提高系统产电性能,脱水明矾污泥是最具有研究价值的填料。此外,湿地植物会明显提高CW-MFC产电性能,其影响因素包括根际微生物活性、根际分泌物、根际沉积物、径向泌氧、光合作用;湿地植物和电系统还会促进微生物种群增长从而提高系统性能。CW-MFC中的污染物负荷、HRT(大多为3 d)、运行温度(20~40℃)和pH值(7~9)也是提高系统性能的关键因素。总结了未来CW-MFC所面临的挑战及研究方向,包括如何提高产电效率补充能源消耗、新兴污染物的降解及降解机理的研究,以及与其他工艺的联合应用。     

潜流人工湿地基质堵塞的研究进展

潜流人工湿地是城市污水深度处理和农村污水分散处理的有效技术,但存在的基质堵塞问题因可缩短其使用寿命而极大降低了该技术的经济优势,成为制约其发展的瓶颈和研究的重点.在分析潜流人工湿地基质堵塞影响因素的基础上,探讨了其堵塞的机理和模型,提出了预防措施和恢复对策.前期进水预处理、进行湿地数值模拟和强化运行管理等能有效解决人工湿地堵塞问题.     

粉煤灰人工湿地基质对磷吸附性能的研究

本文研究了粉煤灰作为人工湿地基质对磷的吸附动力学行为及吸附性能,并与高炉渣基质的吸附性能进行了比较。结果表明:粉煤灰具有比高炉渣更快的吸附速率及更大的吸附量,在初始磷质量浓度为10mg/L时,修正的Elovich方程在描述粉煤灰吸附动力学实验结果上显示出优越性,而Freundlich方程能更准确地拟合两种基质的等温吸附过程,并且两种基质对pH与干扰离子影响的响应均表现出相似的变化规律。因此,可以考虑用粉煤灰代替高炉渣作为人工湿地除磷基质。