北固山湿地植物对氮磷元素吸收能力的研究

湿地作为一种高效低耗的污水处理技术,其在脱氮除磷方面的应用倍受人们的关注。为研究北固山湿地植物对氮磷元素的吸收能力,以该湿地优势植物芦苇(Phragmites australis)和虉草(Phalaris arundinaceaLinn)为研究对象,测定3月至11月期间,其地上生物量以及各组织中总氮、总磷的含量,分析其氮磷积累的动态变化规律。结果表明,(1)芦苇、虉草的地上生物量均呈先增加后减少的趋势,且茎的生物量远大于叶和穗。(2)芦苇、虉草叶中的氮、磷含量均高于同期芦苇茎中的含量。芦苇对氮、磷的积累在8月份达到最大值,分别为38.97g·m-2、18.22g·m-2。而虉草对氮、磷的积累在5月份达到最大值,分别为23.19g·m-2、6.32g·m-2。(3)芦苇、虉草对氮、磷的吸收均呈单峰值曲线,对氮的吸收都远大于磷,且芦苇对氮、磷的吸收能力较好。(4)适时收割芦苇、虉草,可从北固山湿地中移除1248.90kg总氮和381.8kg总磷,同时还可以将其作为纸浆来源,创造一定的经济价值。     

人工湿地的磷去除机理

人类生产和生活所产生的磷负荷导致了全中国范围湖泊的富营养化,控制此磷负荷的廉价而有效的具有非常广阔的应用前景技术是人工湿地技术。人工湿地中的磷的存在形态主要有有机磷(生物态和非生物态的)、磷酸、可溶性磷酸盐和不溶性磷酸盐。文章总结了人工湿地中的磷去除机理,在防渗人工湿地系统中,主要的磷去除机理包括化学作用(如沉淀作用和吸附作用);生物作用(如植物吸收作用和微生物吸收与积累作用)和物理作用(如沉积作用)。在未防渗的人工湿地系统中,湿地系统和周围水体(如地下水)的交换量对湿地的磷去除有重要的影响。通常情况下,物理作用和化学作用是人工湿地中最主要的磷去除途径。人工湿地中微生物对磷的去除作用的大小和其所处环境中的氧状态密切相关,植物吸收对磷的去除作用的大小和收割频率与时期、进水负荷、植物物种和气候条件等有关。     

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.     

暖季型水生植物残体分解对冬季浮床氮去除效果的影响

为了解决尾水湿地冬季氮去除率不足和暖季型水生植物冬季集中分解引起的二次污染问题,设计了向冬季水芹菜(Oenanthe javanica)浮床人工湿地(FCW)添加芦苇(Phragmites australis)秸秆的小试实验,研究暖季型水生植物芦苇在冬季集中分解过程中对冷季型水生植物水芹菜的生长,以及对水芹菜浮床人工湿地冬季氮去除率的影响,旨在为解决低温条件下人工湿地氮净化效果减弱以及冬季湿地植物残体的收割管理提供指导意义。结果表明,在80d试验周期内,芦苇残体分解了33.4%;与对照(CK)相比,添加芦苇秸秆处理(FCW-L)可显著提高水芹菜的叶绿素含量、总根系活力以及生物量,水芹菜地上生物量增加了97.90g·m-2,地下生物量增加了20.30g·m-2。试验周期内,碳氮比ω(C)/ω(N)平均值由CK的3.8提升至FCW-L的13.1,而NO3--N、NH4+-N和TN累计去除率由CK的26.5%、41%和27.2%分别提升至FCW-L的90%、82%和73.4%。由此可见,冬季植物残体分解可以改善尾水湿地碳氮比失衡问题,提升冷季型水生植物浮床人工湿地冬季氮去除率。因此冷、暖季型水生植物配植可以作为一种提高尾水湿地冬季氮去除能力的新方法。     

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%.     

盐碱土壤基质人工湿地对低浓度氮磷废水的净化效果

采用实验室模拟研究了以盐碱土壤为基质的不同湿地植物人工湿地系统以及对水中低质量浓度氮和磷的去除效率。实验表明，芦苇系统、香蒲系统、车钱草系统和无植物系统均对水中低质量浓度的N具有净化效果。3种植物系统相比，香蒲系统的净化效果较其他二者较佳，芦苇系统与车钱草的净化效果相当；同时实验也表明4种湿地系统对低质量浓度的P不具有净化效果，随着水力停留时间的增加，系统中的P质量浓度反而会有所增加。     

垂直流-水平潜流复合人工湿地深度处理电镀废水的效果

采用垂直流-水平潜流复合人工湿地对金华清湖电镀厂排放的电镀废水尾水进行深度处理,研究复合人工湿地对电镀废水的深度净化效果,并对复合人工湿地在低(30 cm·d-1)、高(55 cm·d-1)水力负荷条件下的去除效果进行对比试验,探讨水力负荷对复合人工湿地处理能力的影响.复合人工湿地主要由调节池、垂直流人工湿地、水平潜流人工湿地和集水池四部分组成,电镀厂化学沉淀处理后的尾水先经一级垂直流人工湿地的基质和植物根系的过滤、吸附作用,刺激微生物活性,再流入水平潜流人工湿地完成二级处理,依靠植物、微生物、基质三者的联合作用从而使电镀废水得到深度净化.其中,垂直流人工湿地种植凤眼莲(Eichhornia crassipes)、稗草(Echinochloa crusgalli)和空心莲子草(Herba Alternantherae)3种水生植物,潜流人工湿地种植藨草(Scirpus triqueter)、黄菖蒲(Iris pseudacorus)、芦苇(Phragmites communis)、千屈菜(Lythrum salicaria)和美人蕉(Canna indica)5种水生植物.结果表明,复合人工湿地对电镀废水的净化效果非常显著,对Zn、Cu、Cr、Mn四种重金属和COD具有很高的去除率,处理后Zn、Cu、Cr、Mn和COD的质量分数分别为15.9%、12.4%、15.2%、28.5%和32.9%.其中,Cu、Mn和COD出水符合<污水综合排放标准>(GB8978-1996)一级标准,而Zn、Cr虽有很高的去除率,但并未达到标准.研究同样表明,复合人工湿地对电镀废水的去除效率存在一个最适宜的处理时间,过短和过长的处理时间都不利于污染物的去除.低、高水力负荷对比试验研究表明,水力负荷对COD的去除效果影响较大,对Zn、Cu、Cr、Mn的影响较小;在高水力负荷条件下,复合人工湿地对Zn、Cu、Cr、Mn四种重金属仍然具有很高的去除率,其质量分数分别降到32.3%、27.7%、30.8%、43.2%.     

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。     

菌剂强化潜流湿地总氮总磷去除及功能菌特性

从活性污泥中筛选的1株具有高效反硝化能力的聚磷菌B8应用于水平潜流人工湿地中进行强化去除总氮和总磷试验,同时分析并对比了菌剂强化潜流湿地系统和未投菌潜流湿地系统的功能菌数量变化规律.采用常绿植物构建2套相同的水平潜流湿地尾水处理模拟生态系统.结果表明,连续投加14 d B8菌液于水平潜流湿地后,在停止投菌后运行89 d内,投菌湿地系统平均脱氮率为70.1%,未投菌湿地系统平均脱氮率为50.2%;在停止投菌后运行19 d内,投菌湿地系统平均除磷率为63.1%,未投菌湿地系统平均除磷率为45.9%.经过4个月的跟踪运行,基于高通量454测序对湿地微生物群落结构及相关生物学信息对比分析,表明投加外菌源B8会引起潜流湿地内部微生物物种数量减少、微生物均匀度下降和湿地基质微生物群落多样性下降.通过湿地进水总氮浓度对投菌湿地系统和未投菌湿地系统脱氮率影响线性拟合分析表明,投菌湿地在不同氮负荷条件下脱氮效果显著优于未投菌湿地,证实投加B8菌可以有效强化水平潜流湿地的脱氮能力.     

梭鱼草和芦苇人工湿地对重金属和营养的去除率比较

为探讨梭鱼草(Pontederia cordata L.)作为人工湿地植物的应用潜力,通过在室外用瓷盆(上直径80 cm,底直径50 cm,高45 cm)构建单种潜流湿地,比较了梭鱼草与常用的人工湿地植物芦苇(Phragmites australis Trin.e x S t e u d.)在人工湿地中对营养物质和重金属Cd2+和Pb2+的去除率.结果显示,梭鱼草对总氮(TN)和生化需氧量(BOD5)的去除率显著高于芦苇(P<0.05).两种植物湿地对Cd2+和Pb2+的去除率无显著差异.两种植物体内Cd2+和Pb2+的含量均是根>茎>叶,根部为主要的富集器官.污水停留2 d和停留7 d,两种湿地对营养物质的去除率差别不大,而对重金属的去除率,停留7 d显著高于停留2 d,表明人工湿地对重金属的去除比对营养的去除要慢一些.研究表明,梭鱼草是一种具有良好景观效果和较高去污率的湿地植物,在人工湿地中具有较好的应用潜力.     

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。     

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     

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。     

氨氮废水的厌氧氨氧化生物脱氮研究

利用从厌氧污泥中筛选和驯化的厌氧氨氧化（Anammox）菌直接启动UASB反应器,通过缩短水力停留时间（HRT）提高系统运行负荷,探讨水力停留时间对模拟废水脱氮性能的影响。结果表明,（1）富含Anammox菌的颗粒污泥能够快速启动反应器（只需14d）。（2）连续91d的HRT测试期间,系统具有良好的脱氮性能,且随着HRT的缩短,系统的脱氮效率具有波动上升的特点。NH4＋-N、NO2--N和TN（总氮）的平均去除率超过70.0%。（3）系统总氮容积负荷（TNLR）和总氮去除负荷（TNRR）最大值（以N计）分别为2.04kg·m-3·d-1和1.56kg·m-3·d-1。（4）系统能够比较好的遵循Anammox生物脱氮的理论途径：NH4＋-N、NO2--N的去除速率与NO3--N的生成速率的比例为1？1.15？0.22,与其相应理论值（1？1.32？0.26）非常接近。     

生物法-人工湿地组合工艺对小城镇混合污水氮素去除效果研究

在华南热带亚热带地区,利用生物法-人工湿地组合工艺（A/BCO-CW）处理小城镇片区混合污水。全年运行结果表明,A/BCO-人工湿地组合系统对TN和NH4-N具有好的处理效果,年均去除率分别为57.57%、87.73%,平均去除负荷量达到3.85和3.26g·m-2·d-1。A/BCO预处理系统在停留时间为3～6h条件下,对NH4-N去除效率达57.38%,好氧段充分曝气,有利于硝化过程的进行,有效地解决人工湿地因溶解氧不足造成的硝化过程受限制情况,减少了后续湿地所需面积的25%。在0.30～0.59m·d-1水力负荷率下,垂直流-表面流-水平潜流人工湿地组合系统对TN和NH4-N平均去除负荷达到了2.56、0.90g·m-2·d-1;TN、NH4-N去除速率常数为39.8和41.62m·yr-1,这些数值均处于文献中k值范围的高量程内。在进水NH4-N变动范围为6.27～18.8mg·L-1时,出水水质均能稳定达到GB3838—2002《地表水环境质量标准》的IV类水1.5mg·L-1的标准。通过探讨A/BCO-CW组合工艺用于混合污水处理效率,实现了A/BCO和CW二者间在处理氮素过程中的优势互补。     

Pollutant removal by an integrated vertical-flow constructed wetland treating simulated river water by reoxygenation

The effects and mechanism of chemical oxygen demand (COD), nitrogen, and phosphorus concentration removal by an integrated vertical-flow constructed wetland were studied in the wetland system during one inlet–outlet operating period, in two typical stages (each stage is connective 24 h, sampled once every 4 h). The concentration of ammonia decreased along the flow direction in the system, while levels of nitrate (NO₃^?-N) increased. In one operating period, total nitrogen (TN) concentration fell with rising operation time due to evacuative reoxygenation. The TN and NH₃-N removal rates in the system were 26.6% and 97.5%, respectively. COD decreased rapidly in the early stages and more gradually in the direction of water flow of the wetland system. Average total phosphorus (TP) removal rate was 20.71%. TN and NO₃^?-N levels in water of the wetland had a tendency to decline gradually with increasing operation time. Ammonia concentrations displayed only a small variation with operation time. The results also indicated that the wetland was able to maintain its temperature. The oxygen content differed during the various operating stages and exerted a marked influence on COD, TP, and TN removal.     

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.australis Trin)、再力花(Thalia dealbata)、荻(M.sacchariflorus)和美人蕉(Canna indica)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。     

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%).     

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.