潜流式人工湿地基质堵塞问题对策研究

基质堵塞是人工湿地长期稳定运行最关键的问题.针对滇池湖滨福保人工湿地运行后潜流湿地基质严重堵塞的问题,分析造成基质堵塞的原因,从工艺路线、碎石床结构、填料径粒和布水方式等方面对原有人工湿地进行分析研究,找出堵塞原因,提出技术改造方案,并经过工程模型实验进行验证,在此基础上确定"预处理-潜流湿地(垂直流)-调节池-潜流湿...     

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%.     

潜流人工湿地污染河水处理系统中的填料堵塞问题研究

利用潜流人工湿地系统处理污染河水,水力负荷为0.15 m3/(m2·d).研究了该系统长期运行过程中的填料堵塞问题及其对污染物去除率的影响.构建了潜流人工湿地污染河水处理中试系统,在运行两年后,潜流人工湿地填料存在一定的堵塞现象,填料孔隙率最大减少了2.67%.填料孔隙堵塞现象主要发生在该中试系统的前段(沿水流方向距进水点0～5 m),其填料堵塞物质主要为无机颗粒物.植物对填料堵塞问题的改善作用并不显著.填料的部分堵塞对该中试系统中污染物的去除率有一定的影响,运行第2年氨氮的去除率略有降低,而COD的去除率有增加的趋势.     

基于煤矸石?沸石自动改性的潜流人工湿地填料组合方案研究

针对传统砾石填料容易造成堵塞,导致潜流人工湿地处理效果变差的问题,开展填料优化选择研究。结果表明,煤矸石/沸石/砾石这一填料组合方案大大延长了潜流人工湿地的堵塞周期,比传统砾石填料组合至少晚6d,对COD、氨氮、总磷的平均去除率分别提高26.4、9.4、18.7百分点,堵塞位置向下部移动30cm,水头损失日均增加量和孔隙率变化量日均增加值分别低0.01cm和0.02%。     

正反粒径混合级配钢渣灰岩人工湿地处理生活污水的试验研究

构建小试试验研究了正反粒径混合级配填铺与正粒径级配填铺(组合填料为钢渣与灰岩)的垂直潜流人工湿地单元对生活污水中各主要指标的降解效果,同时比较分析了填料填铺方式对缓解人工湿地堵塞问题的影响.结果表明,当原水COD在134.72～653.33 mg/L、NH3-N在42.72～272.60mg/L,TN在107.40～6...     

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。     

新型释氧材料制备及对湿地堵塞解除研究

针对人工湿地内部DO含量较低引起的生物性堵塞,污水处理效率下降的问题,采用投加释氧材料的方法来提高湿地内部DO含量,修复生物性堵塞。采用CaO_2为释氧剂制备释氧材料,进行释氧性能研究。结果表明:采用大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂作为包埋剂制成的释氧材料释氧性能最佳。在模拟人工湿地污水系统中,释氧材料可使反应器中DO质量浓度在15d内保持在5.0mg/L以上,并且pH保持中性水平,相较未投加释氧材料的对照组,30d内COD的平均降解效率提高125%。投加释氧材料可以使发生生物性堵塞的人工湿地系统在连续运行条件下基质孔隙率在15d内恢复到初始水平的83%左右,并且相较机械曝气具有操作便捷、不受环境限制以及成本低廉的优点。     

垂直潜流人工湿地堵塞微观概念模型的提出

根据垂直潜流人工湿地发生堵塞的成因主要是基质层中不可滤物质积累的结论,在分析垂直潜流人工湿地堵塞物形态及成分粒径的基础上,首次提出了基质间不可滤物质积累微观概念模型的假设;并根据微观概念模型,在考虑生物膜、无机物积累等动态变化因素条件下提出基质间完全堵塞所需时间、基质表面发生雍水所需时间及基质渗透系数随时间变化的关系.     

基质结构对潜流人工湿地氮磷降解规律的影响

构建单层结构及多层结构水平潜流人工湿地小试实验系统,对城市污水处理厂尾水进行深度处理,研究基质结构对人工湿地床体中氮、磷沿程变化规律的影响。实验结果表明,单层基质结构人工湿地氮、磷的降解主要集中在深度为50~85 cm之间的床体表层,底层区域(0~50 cm)浓度变化不显著;多层结构人工湿地床体中氮、磷的降解由进水口到出水口呈较为规律的推流变化,与单层结构系统相比,污染物降解主要发生区域有所扩大,集中在深度为40~85 cm的床体表层,且床体底层0~40 cm氮磷降解同样存在,只是降解速率略有降低。按照填料渗透系数进行多层填充的设计方式能够显著提升潜流人工湿地对污染物的净化性能,单层结构人工湿地系统对氨氮和总磷的平均去除率分别为40.1%和52.9%,而多层结构的平均去除率则为60.4%和73.1%。     

阶段曝气和植物对人工湿地处理城镇污水厂尾水的影响

采用人工配水模拟城镇污水处理厂尾水水质,利用3套阶段曝气垂直潜流人工湿地（VSFCW）对其进行处理。结果表明：当水力负荷分别为30、90和180 cm·d-1时,3套人工湿地对COD具有较好的去除效果,其去除率都大于66.7%;在处理总磷（TP）和总氮（TN）方面,VSFCW-1（无植物-曝气垂直潜流人工湿地）去除效果远远低于VSFCW-2（芦苇-曝气垂直潜流人工湿地）和VSFCW-3（芦苇-不曝气垂直潜流人工湿地）,VSFCW-2（芦苇-曝气垂直潜流人工湿地）和VSFCW-3（芦苇-不曝气垂直潜流人工湿地）对TP和TN的去除率分别在80.0%和75.0%以上且具有较强的抗水力负荷冲击能力。VSFCW-2（芦苇-曝气垂直潜流人工湿地）和VSFCW-3（芦苇-不曝气垂直潜流人工湿地）对COD、TP的去除主要是集中在沿程的前1/4段（0~24 cm）,后3/4段（24~115 cm）保证了出水水质的稳定。     

复合人工湿地对陆基水产养殖废水中氮磷的净化及其微生物群落特征

高密度陆基水产养殖外排废水中的氮(N)、磷(P)浓度往往远高于传统的塘库养殖而对周边环境带来更大的压力。为探究复合人工湿地系统对陆基水产养殖外排废水中N、P的净化效果及其微生物群落特征,本文以“高效生态浮床单元-垂直流人工湿地单元-沉水植物池单元”三级不同类型湿地单元构成的复合人工湿地系统为研究对象,研究不同干湿交替时间下该系统对模拟高密度陆基水产养殖外排废水中N、P的净化效果,并揭示系统内各湿地单元植物根系和填料中微生物群落的结构特征。结果表明,复合人工湿地系统在不同干湿交替时间下对NO₃⁻-N、NO₂⁻-N、NH₄⁺-N、TN、TP的平均去除率分别为99.04%~99.43%、98.72%~100%、93.89%~95.26%、92.23%~98.60%、56.85%~77.50%。各湿地单元植物中不同类型植物分析结果表明,高效生态浮床单元中巨菌草的根系活力、POD酶活性、生物量均明显优于垂直流人工湿地单元中的美人蕉和沉水植物池单元中的狐尾藻(P<0.05),且植物中N、P含量呈现沿流向逐级减少的趋势,与各湿地单元排水中的污染物浓度所呈现的逐级降低的规律相一致。各湿地单元N、P去除途径的分析结果表明,一级单元微生物作用(74.42%)和一级、二级单元填料吸附 (13.05%和38.70%) 分别是N和P元素的主要归趋途径。各湿地单元植物根系和填料中微生物群落分析结果表明,植物根系及填料微生物的共同优势菌门主要有Proteobacteria、Chloroflexi、Actinobacteria、Bacteroidetes。属水平上各级湿地单元存在的优势菌属存在明显差异,其中生态浮床单元优势菌属相对丰度最高,主要有Chloronema、unclassified_p__Chloroflexi、Candidatus_Competibacter等。基于FAPROTAX数据库功能预测结果表明,各湿地单元植物根系和填料中化能异养型(12.43%~27.19%)和好氧化能异养型(10.11%~26.46%)细菌功能群占优势,且氮循环相关功能的发现表明细菌在复合人工湿地系统除氮过程中起着关键作用。以上结果说明,经不同类型湿地单元功能菌群与湿地植物的协同作用,可使该系统对高密度陆基水产养殖外排废水中的特征污染物N、P具有较好的生态净化效果。     

人工湿地植物无损监测方法的建立与应用

人工湿地植物生物量的测定是研究人工湿地植物生长特性和去污性能的重要基础。目前常用的人工湿地植物生物量的测定方法繁琐,难以实现无损检测。以湿地植物梭鱼草和香蒲为例,结合自主设计的人工湿地植物生长信息提取软件,快捷、无损地测定湿地植物投影面积和质量,提出人工湿地植物无损监测方法。结果表明:湿地植物梭鱼草、香蒲的植株投影面积与植株株高呈极显著的线性相关关系,相关系数R分别为0.834~0.940 和0.707~0.904(P<0.01);梭鱼草的平均植株投影面积与其所在人工湿地池的TN、TP累积量具有显著相关性(P<0.05),香蒲的平均植株投影面积与其所在人工湿地池的TN、TP累积量相关性显著性系数分别为P=0.002和P=0.056。     

非均质多孔介质对水平潜流人工湿地水力效率的影响

对比以不同粒径(4～9、8～12、11～17mm)非均质多孔介质(玻璃珠)作为基质的水平潜流人工湿地(以有机玻璃板材模拟)的水力效率、水力停留时间等参数,并参照其流态变化进行分析。结果表明:(1)均以上端为进水口、下端为出水口,水流流经不同粒径玻璃珠的水平潜流人工湿地会产生不同的流态。(2)玻璃珠粒径小(4～9mm)的水平潜流人工湿地中,染料在其中运动并最终能够迁移到出水口的有效空间最大,空间利用率最大,则有效体积比最大,染料流经区域面积最大;转角处染料呈圆角流过,死区范围小。(3)当玻璃珠粒径为4～9mm时,水平潜流人工湿地具有最长的平均水力停留时间(0.437 8h)和最小的水流散度(标准方差为0.052 5),使得水平潜流人工湿地的有效体积比最高(0.495 7),水力效率也最高(0.469 6)。随着粒径的增大,平均水力停留时间缩短,水流散度增大,而有效体积比和水力效率均呈减小趋势。(4)合理的水力停留时间分布能够提高有效体积比,而有效体积比越高,即污水在水平潜流人工湿地中运动并最终能够迁移到出水口的有效空间越大,污染物与基质以及附着在基质上的微生物的接触越充分,从而提高污染物的去除率。     

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。     

不同复合人工湿地对高污染河流有机污染物的去除

为了研究复合人工湿地对高污染河流污水中有机污染物的去除效果及规律,实验构建了不同水力负荷下的潜流+潜流、潜流+表面流、潜流+潜流+表面流、表面流+表面流等人工湿地单元组合成的5个复合人工湿地.连续运行一年以来,各复合人工湿地对BOD5、COD和SS的去除效果分别为91.9%~94.7%、69.3%~75.8%和92.3%~93.9%,相对于多级表流湿地,多级潜流湿地更利于有机污染物和悬浮物的去除;BOD5、COD和SS主要在各复合湿地的第一级湿地单元内得到去除;复合人工湿地对COD去除效果秋夏季两季好,春冬两季差;复合人工湿地能有效去除悬浮态BOD5和COD,出水中部分溶解态有机物难以有效降解.     

土霉素在4种人工湿地基质上的吸附-解吸特性

为了研究土霉素在人工湿地基质床中的行为机制,本实验采用批量平衡方法研究了壤土、煤灰渣、粗砂和细砂等4种人工湿地基质材料对土霉素的吸附、解吸特性。结果表明,土霉素在人工湿地基质材料上的吸附可分为前4小时的快速吸附阶段和之后的慢速吸附阶段,14 h后达到吸附平衡,这一吸附平衡时间明显低于一般人工湿地系统的水力停留时间。可以认为,土霉素在人工湿地中有足够的时间吸附于基质层上,其吸附量的大小主要取决于基质材料的性质。土霉素在4种基质材料上的等温吸附实验表明,吸附等温线均呈非线性,用Freundlich方程能较好地对吸附数据进行非线性拟合。在4种人工湿地基质材料中,煤灰渣对土霉素的吸附作用最强,通过Freundlich方程拟合的吸附容量参数(KF)为280.2;其次为壤土,KF值为129.3;粗砂和细砂的吸附作用较弱,KF值分别为53.2和64.5。人工湿地基质材料对土霉素的吸附能力主要与基质有机质含量、粘粒含量、Fe2O3含量、阳离子交换量和Al2O3含量呈正相关。土霉素在4种人工湿地基质材料上的解吸均存在滞后现象,相对于壤土和煤灰渣,吸附于粗砂和细砂上的土霉素更容易被解吸下来。     

潮汐流人工湿地对高污染河水的处理功效

为了研究潮汐流人工湿地对高污染河流污染物的去除效果及其影响因素,实验构建了潮汐流人工湿地系统。运行春夏两季以来,系统对TN、NH3-N、TP、COD和BOD5的平均去除率分别为49.14%、48.34%、79.40%、81.52%和83.39%;其中系统对TN和NH3-N的去除受到温度的影响,且温度变化对NH3-N去除效果的影响大于TN;在实验周期内,系统对TN、TP、COD和BOD5的去除均受进水污染负荷的影响,但却有着较好的抗负荷冲击能力;潮汐流人工湿地能够显著提高系统内溶解氧,使其不再成为去除污染物的限制性因素。     

基于污水厂尾水的人工湿地系统中水体氮的水流方向分布特征及污染评价

天津临港人工湿地是以污水厂尾水为水源的组合人工湿地,为探究其水体形态氮的分布特征和污染状况,以该湿地系统为研究对象,采集并分析了湿地水样,基于GIS克里格插值法,对湿地水体形态氮和典型理化性质的分布和污染特征进行了研究,结合单因子污染指数法评价了水体污染程度。结果表明：湿地水体TN浓度为0.657~5.576 mg·L⁻¹,其中${{\rm{NO}}_3^ - }$-N (0.095~3.920 mg·L⁻¹)浓度相对较高,占TN的49.2%;沿水流方向,TN、${{\rm{NO}}_3^ - }$-N和${{\rm{NO}}_2^ -} $-N的分布趋势基本一致,从入水口至景观湖呈逐渐降低趋势;${{\rm{NH}}_4^ +} $-N的分布相对复杂,在潜流和表流湿地下游与景观湖交汇处浓度最高,表流湿地浓度最低;pH和EC分别对${{\rm{NH}}_4^ + }$-N和${{\rm{NO}}_3^ - }$-N的分布特征具有较大的影响作用。根据单因子污染指数法,湿地水体TN超标(P_i>1),调节塘TN污染最为严重,调节塘可作为TN优控区。以上结果有助于深入认识以污水厂尾水为水源的组合人工湿地中氮污染物的赋存形态及分布特征。     

植物碳源调控对人工湿地脱氮效果的影响

针对人工湿地中有机碳源不足造成的脱氮效率不高的问题,向人工湿地中投加植物碳源用以改善人工湿地内部碳氮比低的状况。通过比较芦苇秸秆、梧桐树皮、梧桐树叶、玉米芯4种植物碳源分解时有机物、氮元素的释放规律,从而确定玉米芯为最佳植物碳源,并采用水平潜流人工湿地系统模型研究了投加玉米芯对人工湿地系统脱氮效果的影响。试验发现,空白湿地系统COD的平均去除率为38.71%,总氮的平均去除率为34.24%,玉米芯湿地系统则在保证COD平均去除率38.52%的同时,提高总氮平均去除率到70.55%,证明了植物碳源调控提高人工湿地脱氮效果的可行性与高效性。