人工湿地处理低碳氮比污染河水时的脱氮机理

针对人工湿地处理城市污染河水时出现的脱氮效果不佳的问题,以受到严重面源污染的镇江古运河水为例,采用芦苇碎石床复合垂直流人工湿地小试装置研究了人工湿地处理此类低碳氮比污水时的脱氮机理.试验结果表明,人工湿地对于污水中氮的去除主要发生在表层30cm处,其去除机理主要包括填料、植物根系等对悬浮态氮的过滤、截留作用,微生物对溶解态氮的硝化反硝化作用以及植物的吸收作用;湿地下部由于碳源缺乏抑制了反硝化过程,基本不能发挥除氮的作用;对于硝氮浓度高的污水,通过补充有机碳可以有效提高除氮效果,但对于氨氮浓度高的污水,补充有机碳没有明显的效果.     

人工湿地微生物硝化和反硝化强度对比研究

通过对表面流和潜流人工湿地中不同填料层的微生物硝化和反硝化强度进行对比研究,探讨了人工湿地脱氮过程中硝化反硝化作用的变化,从微生物角度分析了人工湿地脱氮效果的差别.研究结果表明,人工湿地系统可以同时进行硝化和反硝化作用.表面流湿地硝化强度高于潜流湿地,2个系统中的硝化强度具有较明显的分层现象,上层硝化强度高于下层.2个系统中沿程硝化强度呈递减趋势,硝化强度反映氨氮去除率的大小,表面流湿地氨氮的去除率高于芦苇潜流湿地30%～40%.反硝化强度比较结果表明,潜流湿地上层土壤填料的反硝化强度最高,砾石填料反硝化强度最低,表面流湿地反硝化强度居中,2个系统反硝化强度上下分层不明显,沿程基本保持不变.     

人工湿地基质微生物状况与净化效果相关分析

了解微生物在湿地基质中的状况对理解人工湿地去除污染物机理具有重要意义。利用混菌法和稀释法，测定了不同植物以及无植物的潜流水平湿地基质中微生物的数量，研究了潜流水平湿地不同空间基质微生物的类群数量以及它们与污水净化效果的关系。结果表明，不同植物的湿地基质微生物数量差异不显著，有植物和无植物湿地的差别不明显；湿地基质中不同空间处微生物数量不相同，一般上层多于下层。在湿地运行条件相对稳定的情况下，湿地基质中会逐渐形成数量和活性比较稳定的生物群落。人工湿地基质中微生物数量与BOD5、TN的去除有显著相关性，说明微生物的作用是去除它们的重要途径；基质中微生物数量与TP的去除率相关性不明显，说明磷的去除尚有其他途径。测定了湿地基质硝化速率，硝化能力与亚硝化细菌的数量呈显著相关。     

潜流人工湿地处理微污染河道水中有机物和氮的净化效率及沿程变化

摘要：以野外水平潜流芦苇砾石床人工湿地研究了湿地对微污染河道水的长期动态净化特性。2a多的运行结果表明,潜流湿地对污染物的去除性能存在波动、稳定过程。潜流湿地降解有机物和脱氮性能与植物生长和季节变化相关,其中植物生长和季节变化对湿地脱氮效能的影响大于对湿地去除有机物的影响。潜流湿地降解有机物的主要场所随运行时间沿程推移,启动期主要在湿地前部完成,稳定运行期主要在湿地的前、中部完成。湿地对有机物的去除率,在6.10%～37.83%之间变化。湿地运行期间,沿程水样C/N值基本大于5,碳源供应较充足。潜流湿地启动期TN平均去除率为15.51%,稳定运行期TN平均去除率为8.61%,低于启动期,整个运行期间湿地TN去除率不足40%。潜流湿地中硝化与反硝化反应在中部达到动态平衡,TN去除效率最高。稳定运行期间潜流湿地的前、中部耗氧强度最大,后部下层有明显硝化反应发生。潜流湿地对有机物降解、硝化与反硝化反应、TN去除具有沿程同步性。试验还初步发现,在植物生长旺盛的春夏季根系分泌的低分子有机酸对化能自养型硝化细菌可能有较大抑制作用,可能是影响脱氮效率提高的一个因素。     

碳源强化对人工湿地反硝化过程的影响研究

反硝化是人工湿地去除硝酸盐氮的主要机制,高含氮污水中低碳氮比是导致脱氮效果低的主要原因.研究了添加碳源对人工湿地反硝化过程的强化效果,结果表明,外界温度对湿地内的反硝化影响不大,而碳源则是重要的影响因素,对湿地投加碳源可以显著提高湿地的硝氮去除能力,在进水硝氮浓度25～45mg.L-1,24h水力停留时间的条件下,投加...     

潜法人工湿地处理微污染河道水中有机物和氮的净化效率及沿程变化

以野外水平潜流芦苇砾石床人工湿地研究r湿地对微污染河道水的长期动态净化特性.2年多的运行结果表明,潜流湿地对污染物的去除性能存在波动、稳定过程.潜流湿地降解有机物和脱氮性能与植物生长和季节变化相关,其中植物生长和季节变化对湿地脱氮效能的影响大于对湿地去除有机物的影响.潜流湿地降解有机物的主要场所随运行时间沿程推移,启动期主要在湿地前部完成,稳定运行期主要在湿地的前、中部完成.湿地对有机物的去除率,在6.10%～37.83%之间变化.湿地运行期间,沿程水样C/N值基本>5.碳源供应较充足.潜流湿地启动期TN平均去除率为15.51%,稳定运行期TN平均去除率为8.61%,低于启动期.整个运行期间湿地TN去除率不足40%.潜流湿地中硝化与反硝化反应在中部达到动态平衡,TN去除效率最高.稳定运行期间潜流湿地的前、中部耗氧强度最大,后部下层有明显硝化反应发生.潜流湿地对有机物降解、硝化与反硝化反应、TN去除具有沿程同步性.试验还初步发现.在植物生长旺盛的春夏季根系分泌的低分子有机酸对化能自养型硝化细菌可能有较大抑制作用,可能是影响脱氮效率提高的一个因素.     

潜流人工湿地中基质在污水净化中的作用机制与选择原理

潜流人工湿地依靠基质、微生物以及植物的共同作用实现对污水中各类污染物的去除。其中,基质是潜流人工湿地的重要组成部分,在水质净化中发挥着至关重要的作用。基质可对污染物进行直接吸附去除。不同基质类型对氨氮与总磷具有不同的吸附能力,同时,吸附效率受到水质、水力条件等参数影响。此外,基质为微生物提供附着表面,基质材质、内部孔道结构、比表面积等均影响生物膜的形成与发展,进而间接影响人工湿地的污水净化功能。通过改变基质所处淹没/暴露状态、增加缓释碳源基质、增加铁碳电解对基质等方式来增加补氧、强化反硝化和电化学强化,从而改善人工湿地对NH₃-N、TN与TP类污染物的去除效果。     

处理低污染河水的湿地内氮迁移转化过程模拟

为了明确以低污染河水为原水的人工湿地中的主要脱氮机制以及氮素的归趋形式,以洱海流域邓北桥湿地工程为研究对象,根据湿地内发生的生物反应、物理吸附以及沉淀等过程,建立了生态动力学模型,模拟湿地中氮素的迁移转化. 结果显示,所建模型能较好地模拟出水中ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(ON)(ON为有机氮)的变化趋势,效率系数(R)分别为50.2%、67.6%、81.2%. 通过对湿地氮素迁移转化与去除量的模拟结果分析,确定了湿地除氮的主要机制为硝化、反硝化、植物吸收. 反硝化作用可以去除进水中50.0%的TN,植物吸收可以去除进水中11.0%的TN,底泥则可以吸附进水中3.5%的TN. 模拟得到硝化速率平均值、反硝化速率平均值、植物吸收氮速率平均值分别为0.234、0.438、0.050 g/(m3·d).      

潮汐-复合流人工湿地系统优化及对抗生素抗性基因的去除效果

抗生素抗性基因随废水排放传播扩散,对环境生物和民众健康构成严重威胁.针对废水中抗性基因的深度去除值得重点关注.在前期研究中发现潮汐流人工湿地能有效去除废水中多种氮素.本研究通过增加隔板和种植植物等方式进一步优化潮汐流人工湿地系统,并考察了工艺优化对抗性基因去除和脱氮功能微生物的影响机制.结果表明,同时增加隔板和种植植物后的潮汐-复合流人工湿地系统能有效提高抗性基因的去除效率,在增加隔板和种植植物组对7类21种抗性基因去除率最高达到83.82%~100.0%,显著高于单一增加隔板或种植植物组.从湿地基质和植物中的抗性基因绝对丰度对比可以看出,增加隔板能促进湿地基质中抗性基因量积累,而植物对抗性基因吸附也是其去除途径之一.同时,结合氮循环功能基因测序结果显示,湿地系统优化能提高基质中硝化和反硝化功能微生物物种多样性和丰富度,这与优化系统对废水中硝化量、反硝化量和总氮的去除率相对更高结果一致.     

复合垂直流人工湿地的脱氮机理及影响因素分析

采用沸石和砾石作为填料,研究复合垂直流人工湿地处理农村生活污水的脱氮机理。试验结果表明:复合垂直流人工湿地对污水中氮的去除主要发生在下行流填料柱中,其去除机理主要是微生物对溶解态氮的硝化和反硝化作用;悬浮态氮沉积在填料孔隙中,会出现"氮释放"现象;水温、气水比、碳氮比、氮源形式等因素对湿地系统的脱氮效率有显著影响。     

复合垂直流构建湿地中有机质积累与基质堵塞

利用灼烧失重研究了复合垂直流构建湿地小试及中试系统中有机质的积累规律及其与湿地基质堵塞的关系,通过示踪剂实验测定了堵塞前后系统水力停留时间的变化.结果表明,有机质主要积累在基质表层和上层0～50mm处且有机质积累主要发生在下行池.有机质含量与基质深度负相关,基质表层有机质含量明显高于其他各层.湿地系统中有机质含量与基质渗透系数呈明显的负相关性,有机质含量越高,基质渗透系数越小,说明有机质积累是导致构建湿地堵塞的一个重要原因.复合垂直流构建湿地堵塞后,其水力特征发生了改变,延长了该系统的实际水力停留时间.     

复合垂直流人工湿地污染物去除及微生物群落结构的PCR-DGGE分析

采用复合垂直流人工湿地净化富营养化景观水,考察了湿地系统中ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP)和ρ(DO)以及pH的沿程变化,并采用PCR-DGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构垂直分布及组成的多样性. 结果表明:从下行池到上行池,ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP),ρ(DO)和pH沿水流方向逐渐下降,上行池末端出水ρ(DO)略有回升,污染物的去除主要发生在下行池;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,在湿地系统的不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属;下行池表层微生物多样性指数最高,上行池各样品间的相似性较好. 从下行池到上行池,微生物群落的多样性降低,群落结构间的相似性逐渐增大. 植物供氧、残体累积以及根际效应有助于提高湿地表层微生物的多样性.      

垂直潜流人工湿地堵塞机制：堵塞成因及堵塞物积累规律

为解决垂直潜流人工湿地的堵塞问题,需首先探明人工湿地的堵塞成因和堵塞物在人工湿地中的分布规律.在发生堵塞的垂直潜流人工湿地中,通过研究基质间各物质与雍水面积、基质间空隙率之间的相关关系,发现人工湿地发生堵塞的成因主要是基质层中不可滤物质的积累,并得出以砂子为基质的人工湿地每mL基质间不可滤堵塞物超过18.23 mg时即会出现雍水表观现象;同时研究发现,在本试验条件下,人工湿地布水口周围容易先产生堵塞现象,堵塞层主要分布于距布水管下10～20cm处;基质中不可滤无机物积累的程度比不可滤有机物更明显,且有随着水流方向沿程迁移的趋势;有机物质积累于基质深度基本呈负相关性,基质越深,有机质含量越少,雍水后基质表层有机质含量高于其它各层.     

湿地植物对外源氮、磷输入的响应研究

通过人工控制试验,研究了氮、磷输入对沼泽湿地植物地上生物量,相对密度以及植物对氮、磷吸收量的影响.结果表明:营养物质氮、磷的长时间累积,导致湿地植物地上生物量和相对密度均呈逐渐下降的年际变化趋势,地上生物量和相对密度之间表现为微弱的单峰变化关系.在氮输入下,随着氮施用量的升高,氮的吸收率从62.3%下降到5.5%;在磷输入下,随着磷施用量的升高,磷的吸收率从3.1%下降到0.8%.氮、磷的施用量愈高,植物对氮、磷的吸收率愈小.氮、磷输入有可能改变湿地生态系统的物种组成和结构及湿地生态系统的稳定和保护,应当考虑湿地中营养物质的长期作用.      

江苏湿地资源旅游开发适宜性评价

用层次分析法从资源禀赋、城镇依托、交通可达性、人口经济基础四方面构建湿地资源旅游开发适宜性评价指标体系,旨在定量评价江苏湿地资源的旅游开发适宜性。结果是江苏126个湿地资源分布区的旅游开发适宜性总分值在36.64~72.98之间。依据各湿地分项分值进行聚类分析,将江苏湿地资源分为4种旅游开发类型,即高适宜性湿地资源、较高现实适宜性湿地资源、较高潜在适宜性湿地资源、低适宜性湿地资源。在此基础上,提出积极开发高适宜性湿地、适度开发较高现实适宜性湿地、与经济发展同步开发较高潜在适宜性湿地、暂时限制开发低适宜性湿地的建议,并提出坚持湿地资源旅游开发公益性的思想。同时对湿地资源旅游开发中一些未有定论的话题进行了讨论。     

唐山市南湖湿地水体富营养化治理研究

以芦苇作为人工湿地植物,土壤为基质建立人工湿地,采用人工湿地控制试验的方法深入研究了芦苇和湿地基质对唐山人工湿地南湖污水中氮磷的净化能力以及氮、磷在芦苇根、茎、叶的时空分布和动态变化,实验结果表明：芦苇湿地对污水中的氮、磷的净化效果十分明显,在一个月内对污水中TN的平均去除率可达到61.99%,TP平均的去除率可达51.97%,其中基质吸附和植物吸收作用是湿地脱氮除磷的重要形式。     

景观型人工湿地污水处理系统构建及植物脱氮效应研究

将15种景观植物,其中包括4种陆生木本植物引入人工湿地,用于构建景观型人工湿地污水处理系统.该实验系统由12个独立处理单元组成,其中包括由4个平行处理单元构成的一级处理系统及由8个处理单元构成的二级跌流系统.对植物在各处理单元中的氮积累特征及植物氮吸收对系统脱氮贡献率进行研究,结果表明,在进水TN浓度为37.5~55.6 mg/L时,植物吸收脱氮贡献率仅为1%~3%,其不能准确反映植物在系统中的重要作用.因此,本研究采用植物脱氮效应(有植物与无植物系统脱氮的差异)来衡量植物在处理系统中的综合作用,其包括植物吸收贡献及植物与根际微生物、填料基质的协同效应之和,分析表明,植物协同效应占系统脱氮效应的80%以上.     

典型湿地生态系统碳循环模拟与预测

以植物生理生态特性和有机碳周转动力学原理为基础,利用室内模拟培养试验结果率定了温度、积水强度、冻融交替对湿地有机碳分解矿化的影响参数,建立了典型湿地生态系统碳循环模拟模型.利用实地观测的数据对模型进行了检验,对模型的灵敏性进行了分析,同时利用该模型进行了情景预测.结果表明,所建模型能较好地模拟中温带（三江平原）和亚热带（洞庭湖）湿地生态系统的碳通量和碳累积特征,沉积物呼吸的模拟值与实测值呈极显著相关关系（p<0.01）;三江平原常年积水沼泽有机碳密度约为80×10⁹ g·km^-2,洞庭湖湿地碳密度约为20×10⁹ g·km^-2;三江平原常年积水沼泽和季节性积水沼泽每年碳的净固定速率分别为104　g·m^-2和76 g·m^-2;该模型对温度和大气CO₂浓度变化反应敏感.在既定的水文条件下,大气CO₂浓度升高和增温可能会使湿地生态系统的碳交换变得更为活跃;在CO₂浓度倍增和增温小于2.5℃的气候变化情景时,系统净初级生产力（NPP）和积累的有机碳密度增加,系统仍为大气的CO₂ 汇,但气候变暖的进一步加剧并不利于湿地有机碳的积累,由于CO₂施肥效应和温度升高增加的系统NPP补偿不了因温度升高导致的沉积物呼吸速率加快而损失的碳,季节性积水沼泽生态系统积累的有机碳甚至出现明显的下降趋势.     

Organic carbon accumulation capability of two typical tidal wetland soils in Chongming Dongtan, China

We measured organic carbon input and content of soil in two wetland areas of Chongming Dongtan (Yangtze River Estuary) to evaluate variability in organic carbon accumulation capability in di erent wetland soils. Observed di erences were investigated based on the microbial activity and environmental factors of the soil at the two sites. Results showed that the organic carbon content of wetland soil vegetated with Phragmites australis (site A) was markedly lower than that with P. australis and Spartina alterniflora (site B). Sites di erences were due to higher microbial activity at site A, which led to higher soil respiration intensity and greater carbon outputs. This indicated that the capability of organic carbon accumulation of the site B soils was greater than at site A. In addition, petroleum pollution and soil salinity were di erent in the two wetland soils. After bio-remediation, the soil petroleum pollution at site B was reduced to a similar level of site A. However, the culturable microbial biomass and enzyme activity in the remediated soils were also lower than at site A. These results indicated that greater petroleum pollution at site B did not markedly inhibit soil microbial activity. Therefore, di erences in vegetation type and soil salinity were the primary factors responsible for the variation in microbial activity, organic carbon output and organic carbon accumulation capability between site A and site B.     

珠海淇澳岛不同类型湿地生态化学因子的差异评价

为探讨外来植物是否导致生境的明显改变,定期测定了珠海淇澳岛外来植物互花米草（Spartina alterniflora）、无瓣海桑（Sonneratia apetala）与本地植物桐花树（Aegiceras corniculatum）、短叶茳芏（Cyperus malaccensis）湿地中的若干生态因子及植物叶片叶绿度,并检验其差异显著性。结果表明,叶片叶绿度互花米草（47.37）<桐花树（58.92）<无瓣海桑（65.35）。表土上部的pH,互花米草湿地（6.33）显著低于桐花树湿地（6.71）。覆盖水与表土下部的氧化还原电位（Eh）,互花米草湿地差异不显著,其它3种类型湿地则是覆盖水Eh显著低于表土下部;互花米草湿地表土上部Eh（39.16mV）显著高于桐花树湿地（24.04mV）。互花米草湿地覆盖水电导率（7.96ms/cm）显著高于短叶茳芏湿地（6.92ms/cm）、表土下部电导率（4.4ms/cm）显著高于无瓣海桑湿地（3.26ms/cm）。因此,作为外来入侵植物,互花米草的生长已显著改变了生境中的某些因子,如导致表土上部pH显著下降;覆盖水与表土下部之间Eh差异的消减,表土上部Eh显著高于本地种桐花树湿地;覆盖水电导率显著高于短叶茳芏湿地等,为此应严格控制互花米草,至于外来植物无瓣海桑的潜在生态影响则有待深入研究。