Clogging processes caused by biofilms growth and organic particles accumulation in lab-scale vertical flow constructed wetlands

The accumulation of organic matter in substratum pores is regarded as an important factor causing clogging in the subsurface flow constructed wetlands.In this study,the developing process of clogging separately caused by biofilm growth and organic particles accumulation instead of total organic matter accumulation was investigated in two groups of lab-scale vertical flow constructed wetlands (VFCWs) fed with glucose (dissolved organic matter) and starch (particulate organic matter) influent.Results showed that the growth of biofilms within the substratum pores certainly caused remarkable reduction of effective porosity,especially for the strong organic wastewater,whereas its influence on infiltration rate was negligible.It was implied that the most important contribution of biofilm growth to clogging is accelerating the occurrence of clogging.In comparison with biofilm growth,particles accumulation within pores could rapidly reduce infiltration rate besides effective porosity and the clogging occurred in the upper 0-15 cm layer.With approximately equal amount of accumulated organic matter,the effective porosity of the clogged layer in starch-fed systems was far less than that of glucose-fed systems,which indicated that composition and accumulation mode of the accumulated organic matter played an important role in causing clogging besides the amount.According to the results,some related methods to prevent and recover the clogging phenomenon were suggested.     

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.     

潜流型人工湿地基质堵塞特性试验研究

为解决设计不当或管理不善等原因造成的湿地堵塞问题,深入揭示湿地堵塞特性及形成机制,试验研究了芦苇潜流型水平流湿地和垂直流湿地的堵塞特性,并以此比较了2种湿地长期运行的稳定性.结果表明,湿地堵塞后土壤中有机质积累量较大,在湿地中各测量点达到了1.5%～5%,其主要积累区域在湿地前部表层,积累量为4%～5%,对有机物积累量与土壤深度进行数值分析发现,两者之间呈显著函数关系;水平流湿地和垂直流湿地内部堵塞机制不同,故堵塞后水平流湿地水力停留时间为3.515 4 d,较正常值缩短21.88%,而堵塞垂直流湿地水力停留时间为5.464 8 d,较正常值增长21.44%.湿地堵塞后污染物去除效率明显降低,波动较大,2种湿地比较发现,垂直流湿地的堵塞情况较水平流湿地更为严重.     

反冲洗措施改善垂直潜流人工湿地水力特性的研究

人工湿地污水处理工程中难以解决的问题之一是湿地基质堵塞,本研究尝试用反冲洗措施解决此问题。采用不同反冲洗方案研究了反冲洗措施对人工湿地堵塞程度的改善效果,同时分析了反冲洗措施对垂直潜流人工湿地污染物去除效果的改变和水力特性的影响。结果表明,反冲洗措施对解决垂直潜流人工湿地的堵塞有明显地改善;人工湿地发生淤堵使COD去除率下降,反冲洗后随着实际水力停留时间的延长,COD去除率较反冲洗前有所提高;在几种反冲洗方案中,气水联合反冲洗方案在单位面积流量为8～10 L(/m.2s),反冲洗时间为5~7 min时反冲洗效果最好。     

垂直潜流人工湿地堵塞及其运行效果影响研究

在净化猪场沼液中开展了垂直潜流人工湿地堵塞过程及其运行效能变化的研究.结果表明,人工湿地堵塞的主要成因是由于填料层中不可滤过性物质的积累所致.不可滤过性物质是由有机物和无机物组成,且大部分不可滤过性物质的粒径均超过5.00 μm.填料层的孔隙率和水力传导系数均随系统运行时间的延长而减小,而填料层中被截留物质的含量则随系统运行时间的延长而增大,其空间变化特征均受到了系统中水力流态的影响;当系统HLR为0.02m3/(m2·d)时,VSSF在运行1380d后对猪场沼液的净化开始恶化,系统对COD、TSS、TN、NH4+-N和TP的去除率分别降至37.31%、57.82%、20.80%、32.13%和51.18%.     

潜流型人工湿地堵塞机制及其模型化

从物理、化学、生物三个方面分析了人工湿地堵塞的机理,指出湿地堵塞的过程实质上就是有效孔隙率减少的过程,湿地的堵塞与否,堵塞的程度如何,可由其饱和水力传导系数来表征。对几个与人工湿地堵塞有关的数学模型作了介绍和分析,并探讨了一些预防人工湿地堵塞的措施以及其未来的研究方向。     

人工湿地堵塞机理及防堵措施浅析及研究

人工湿地作为一种高效率、低投资、低运行费用、低能耗的污水处理技术,越来越受到世界各国的关注。随着人工湿地的不断推广与应用,堵塞是影响其应用和推广的主要因素之一。湿地发生堵塞后,基质的渗透系数会急剧下降,过水能力也随之降低,大量引入湿地系统的污水直接雍积在湿地表面,长期积水引发恶臭、导致蚊蝇滋生,恶化运行环境。本文通过对人工湿地运行过程中出现的填料堵塞机理与特点进行分析,归纳和总结了人工湿地堵塞的影响因素,提出了人工湿地堵塞相应的解决措施,提高人工湿地对污水的处理效果,以期能够为人工湿地的应用及推广提供参考。     

构建湿地堵塞问题的研究

研究了复合垂直流构建湿地(IVCW)中与填料堵塞相关的填料粒径、渗透性能、有机质含量等因素的变化.经过颗粒分析得知填料粒径在2～5mm间,运用自制的砂样管对填料进行原位采样,渗透试验结果表明IVCW填料层的渗透系数随填料深度的增加而增加.IVCW填料各层中,渗透系数最小值存在于表层以下15～30cm处.IVCW系统运行52个月后,仅填料表面至15cm深处有少量有机质存在,15cm深度以下有机质含量极少,表明IVCW系统运行稳定,未出现堵塞现象.文中通过分析填料堵塞的影响因素提出相应的预防措施和对策.     

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.     

潜流人工湿地演变对废水中有机物、氮及磷去除的影响

众多研究表明,潜流人工湿地对污水的处理效果明显高于自由表面流型湿地,但实验研究表明潜流人工湿地因堵塞而逐渐演变为自由表面流人工湿地后,其对有机物(COD、TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果优于具有相同填料及植物的潜流人工湿地.通过实验室培养实验,以考察人工湿地演变对有机物的矿化、硝化/反硝化作用、氮及磷去除的影响.结果表明,与潜流人工湿地相比,演变后的自由表面流人工湿地对有机物的矿化率(以TOC表示)为1.82 mg·h-1,高于潜流湿地的1.49 mg·h-1;对NO3-去除率为96.8%,高于潜流湿地的58.1%;非生物脱硝去除率为40%,高于潜流湿地的28.2%;演变后对磷的吸附量(以P计)为160 mg·kg-1,高于潜流湿地的140 mg·kg-1,对磷的去除主要为填料吸附,有机物的覆盖有利于磷去除;但演变后的自由表面流人工湿地的硝化作用能力低于潜流湿地.因此,人工湿地演变对其效能有重要影响.     

轮休措施对堵塞型垂直潜流人工湿地的影响

采用不可滤物质的定量化分析方法研究了采取轮休措施对人工湿地堵塞程度的改善效果,同时分析了轮休措施对垂直潜流人工湿地污染物去除效果的改变和植物生长的影响.结果表明,轮休措施对解决人工湿地的堵塞有明显地改善,采取轮休措施后单位基质中的不可滤物质含量较轮休前有所降低,其中不可滤有机物减少量十分明显,不可滤无机物量在短期和长时间轮休前后分别表现出基本稳定和较大幅度降低的特性;短期轮休后COD、TP和TN的去除率都较轮休前有所降低,氨氮的去除率在人工湿地轮休后较轮休前高;应结合人工湿地的基质、植物种类调整运行工况,进行不同时间长度和方式的轮休,以确保植物生长不受该措施的影响.     

人工湿地堵塞机理与应对措施研究

综述了现今国内外人工湿地污水处理系统堵塞的成因,分析了目前比较通用的预防手段、恢复措施和研究现状,并提出了今后人工湿地防淤堵技术的研究发展方向.     

天然水体生物膜中汞的蓄积因素及汞的存在形态

为了探讨生物膜对汞的蓄积因素,研究了不同深度、不同培养时间、不同季节等条件对黄浦江生物膜中汞元素含量的影响,并对其存在形态进行分析.结果表明,生物膜中有机质含量较高(7.5%～14.5%);生长时间,水深,季节都是影响生物膜中汞元素蓄积的重要因素;光照越强,温度越高,生长时间越长,生物膜中汞元素含量越高;生物膜中残渣态(41.98%)和有机质结合态(27.89%)的汞含量比较高,碳酸盐结合态(10.17%)和铁锰氧化物结合态(5.33%)的汞含量相对较少.     

污水渗滤土地处理系统中的堵塞问题

堵塞问题是污水渗滤土地处理系统经常遇到的.从理论方面对悬浮物截留、吸附及微生物生长所造成的堵塞进行了讨论,并用实例进行了验证.结果表明,不管是悬浮物截留、吸附,还是微生物的生长,所造成的堵塞状况都呈现出随滤层厚度增加按负指数形式递减的趋势.系统内部是否会发生堵塞与原水的成分组成、渗滤介质的有关参数、微生物的活性等都密切相关.对于污水渗滤土地处理系统来说,微生物的生长一般不会导致系统内部产生堵塞,而悬浮物的截留、吸附常常会造成系统表层比较严重的堵塞.     

以城市污水为水源和肥源对荒漠化土壤的修复效果

为了同步实现城市污水净化和荒漠化土壤修复,以荒漠化土壤(沙土)作为人工湿地基质(基质深度分别为0.1和0.6 m),分析不同运行条件(植物种类、水力负荷、基质深度、季节变化等)下湿地对净化城市污水、修复荒漠化土壤的效果. 结果表明:经过2 a的修复,城市污水中污染物作为荒漠化修复的肥源可以快速富集到荒漠化土壤中. 与原沙相比,沙土中w(有机质)、w(TN)、w(碱解氮)、w(TP)、w(速效磷)及电导率均极显著增加(P<0.01),而pH并无显著变化(P>0.05). 沙土容重极显著降低(P<0.01),孔隙率极显著增大(P<0.01). 当城市污水作为荒漠化土壤修复水源时,即使水力负荷低至0.0075 m3/(m2·d),植物仍能正常生长. 基质深度为0.1 m的潜流湿地在不同水力负荷时对污水中COD_Cr、TN、TP的最低平均去除率分别为59.46%、77.45%、62.36%;基质深度为0.6 m的潜流湿地对污水中三者的平均去除率分别为59.24%、32.02%、57.89%;基质深度为0.6 m的表面流湿地对污水中三者的平均去除率则分别为80.40%、14.00%、29.31%. 研究显示,以城市污水为水源和肥源对荒漠化土壤修复2 a后,沙土中养分含量均显著增加,沙土结构也得到明显改善,各湿地在夏秋季对污水中COD_Cr、TN、TP均有较好的去除效果.      

绿化带下的生态复合塘污水处理工艺设计

工程旨在探讨生态复合塘作为污水处理工艺,以实现城乡污水处理的多元化与可持续性目标。文章以蓟县毛家峪长寿度假村为例,结合混凝沉淀池、污泥浓缩池、快速渗滤湿地、潜流湿地和表面流湿地等技术,从工艺设计及其关键设计参数出发,在防治系统堵塞、冰冻、油渍及渗漏的基础上,创造性地将人工湿地同绿化带相结合,解决了生态塘占地面积大的问题。工程的预期结果:该技术工艺设计可使出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB8978-2002)一类A级水平、农田灌溉和城乡杂用水的用水标准,各类污染物去除率分别为SS(mg/L)87.5%～96.7%,BOD5(mg/L)93.3%,COD(mg/L)61.5%～84.8%,TP(mg/L)50%～91.7%,NH3-N(mg/L)最高达87.5%。该设计实现了污水处理与绿化、节地的有机统一,可根据实际情况在机关、企事业单位和住宅小区推广应用。     

人工湿地处理三种典型工业废水的差异性分析研究

讨论了人工湿地技术处理三种典型工业废水(含重金属废水、高耗氧量废水及含油废水)的区别,结合近年国内外的最新研究,通过分析比较,提出人工湿地技术处理不同工业废水时的几点建议:采取以垂直潜流为主的方式处理氨氮高含量废水;处理高耗氧量废水,填料起主要作用,沉积物考虑二次利用;处理含重金属废水,植物处于主导地位,特别注意植物收割和沉积物处理,并增加针对性措施等.为人工湿地技术在工业废水方面的应用提供参考.     

潜流人工湿地基质结构与水力特性相关性研究

利用数值模拟方法结合实验手段,研究基质结构与系统水力特性的相关性,数值模拟结果表明,填料渗透系数对人工湿地水力效率影响很大,单层结构人工湿地系统中,填料渗透系数越大,流场分布越不均匀;由上到下填料渗透系数逐渐增加的分层填充方式能有效避免短流及死区的发生,提高系统水力效率.根据数值模拟结果构建两个人工湿地对比小试实验系统,并开展示踪实验对模拟结果进行验证,示踪实验结果表明,分层填充结构水力特性显著优于单层结构潜流人工湿地,二者有效体积比分别为0.87和0.49.可见,数值模拟方法能够有效应用于潜流人工湿地基质结构参数优化方面.     

潜流人工湿地堵塞程度的原位测定研究

人工湿地因其生态友好、运行费用低廉、处理效果好而被广泛运用于污水处理中,然而潜流人工湿地在运行过程中会发生填料堵塞,导致其利用率下降、寿命缩短,但目前还缺乏简单有效的原位测定人工湿地堵塞程度的方法和仪器.为了客观地评价湿地的堵塞程度,以渗透系数法为测定原理构建了人工湿地堵塞程度原位测定法,结合压力探测和数据处理模块开发了人工湿地堵塞程度原位测定仪,并进行了实验室试验和原位测量以检验方法和仪器的可行性.实验室试验中测量了利用砂土和砾石模拟的不同程度的堵塞.结果表明:当填料砂土与砾石的质量比为2:1、4:1、8:1时,堵塞系数分别为0.69、0.84、0.91 km/d,测得的堵塞系数和填料比例显著相关,能够准确地反映堵塞程度.原位测量选择运行了1~5 a的4个潜流人工湿地（A、B、C、D湿地）进行,运行一段时间后,潜流人工湿地入口处、湿地管道破损处和使用时间较长的湿地堵塞系数较高,最高达0.998 km/d,而运行情况良好的D湿地堵塞系数在0.5 km/d以下.研究显示,原位测定结果能很好地反映湿地的堵塞情况.      

寒冷地区人工湿地保温措施及运行方式优化研究

通过对垂直流人工湿地冬季运行保温效果的研究,得出这种湿地类型在冬季没有保温措施的情况下,也不会造成布水管道的冻结,有机物去除率在70%以上;在进行简单保温措施后,处理效果显著提高,有机物去除率普遍在80%以上,说明垂直流人工湿地在西北寒冷地区的应用没有问题。另外,冬季低温运行时可通过优化运行方式提高湿地的除污和抗冻能力。