人工湿地系统及其在河流污染治理中的应用研究

人工湿地污染处理系统作为一项完整的生态系统,在河流污染治理等方面得到了广泛的应用。本文着重从人工湿地的种类、系统的构造以及污染物的去除机理等方面进行了阐述,并对影响人工湿地效果影响因素的分析,结合案例,提出了人工湿地系统在河流污染治理中的应用优势和下一步研究重点。     

华北稻田灌溉水多级表面流强化人工湿地工程系统设计研究

以河北曹妃甸水稻田为研究对象,分析测定灌溉水样中SS、COD和氨氮的含量并依据有关国家标准确定其污染程度。根据当地农业生产条件、工程地质与农田环境特点及不同治理方案的经济技术可行性,选用由工程保障和植物生态系统构成的多级表面流强化人工湿地系统修复灌溉水有机污染,并对其修复效果进行量化评价。结果表明:研究区内稻田灌溉水SS、COD、NH3-N 3种污染物的浓度削减率依次为76.17%、60.02%、55.08%,出水达到农田灌溉水质标准和地表水Ⅴ类水质要求。人工湿地系统的建立不仅改善灌溉水水质,保证农产品质量,还有效恢复了湿地的生态功能,实现环境与经济效益的统一。     

垂直流湿地基质中酶的分布与氮磷及有机质的关系

为了解垂直流人工湿地基质中酶的空间分布特点及其与基质中氮磷和有机质的关系,采用垂直流人工湿地微宇宙试验系统进行了为期4个月的运行试验,分析种植植物的皇竹草系统和不种植物的对照系统基质中不同深度层酶活性的变化,以及酶活性与基质中污染物的关系. 结果表明:脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、转化酶、蛋白酶和纤维素酶这6种酶的活性在上层(0~<10 cm)的分布特点相一致,即皇竹草系统基质中的酶活性显著高于对照系统(P＜0.05). 在垂直方向上,两个系统中6种酶的活性都表现为上层显著较高,这与基质中w(TN)、w(TP)和w(有机质)的分布规律相一致;Pearson相关性分析发现,脲酶活性与w(TN)、w(TP)、w(有机质)均呈极显著正相关(相关系数依次为0.951、0.970、0.933,P均小于0.01),过氧化氢酶、转化酶活性均与w(TN)呈极显著正相关(相关系数依次为0.997、0.916,P均小于0.01),磷酸酶活性与w(TP)、w(有机质)均呈极显著正相关(相关系数依次为0.925、0.919,P均小于0.01),转化酶活性与w(TP)呈显著相关(相关系数为0.869,P<0.05),纤维素酶活性与w(有机质)呈显著相关(相关系数为0.864,P<0.05). 研究显示,在垂直流人工湿地系统中种植皇竹草有助于提高基质中酶的活性,酶活性与氮磷及有机质等污染物的积累和迁移密切相关.      

串联垂直流人工湿地去除河水中磷的效果

利用在温室内构建的串联垂直流人工湿地模拟装置,以芦苇为湿地植物,填充砾石,研究两种水力负荷(0.2和0.4 m/d)、3个串联级数、有/无植物等对处理北京市清河河水磷去除的影响,试验共持续144 d. 结果表明:①在进水ρ(TP)为0.50~1.77 mg/L(平均值为1.15 mg/L)、ρ(DTP)为0.41~1.53 mg/L(平均值为0.9 mg/L)的条件下,TP去除率随进水ρ(TP)的升高而升高. ②水力负荷为0.2 m/d时,有、无植物3级串联系统磷的去除率分别为38.36%、26.85%;水力负荷为0.4 m/d时,分别为32.42%,23.99%,说明低水力负荷与有植物的条件利于除磷. ③有植物3级串联系统TP去除率平均值为38.36%,大于2级串联系统(28.30%);无植物3级串联系TP去除率平均值为26.85%,大于2级串联系统(21.81%)和1级串联系统(14.98%),串联级数增加,磷去除率升高. 研究显示,水力负荷为0.2 m/d时,有植物3级串联系统的TP去除率最高.      

氮、硫输入对河口湿地土壤有机碳矿化的实验研究

通过室内培养实验,研究了氮、硫输入对闽江河口湿地土壤有机碳矿化和土壤理化性质的影响.结果表明:NH_4Cl(N1)、NH_4NO_3(N3)、K_2SO_4(S)和NH_4Cl+K_2SO_4(NS1)处理显著促进了湿地土壤有机碳矿化速率(p0.05),较对照分别提高了76.57%、60.09%、83.20%和52.59%,并且不同处理下土壤有机碳矿化速率均表现为随培养时间的增加而递减.氮、硫输入在不同时间对湿地土壤有机碳矿化的影响不尽一致,在前6 d各处理的促进作用最明显.湿地土壤有机碳累积矿化量在不同处理下均表现为随培养时间逐渐增加,其增长速率在培养初始阶段较快,而后逐渐减慢;不同培养时间有机碳累积矿化量在N1、N3、S和NS1处理下与对照处理间均存在显著差异(p0.05).短期培养结束后,N3、NS1处理显著增加了湿地土壤DOC含量(p0.05);N1、N3、NS1和NH_4NO_3+K_2SO_4(NS3)处理均显著增加了土壤NH_4~+-N含量(p0.05);KNO_3(N2)、N3、NS2和NS3处理均显著增加了土壤NO_3~--N含量(p0.05);S、NS1、NS2和NS3处理均显著增加了土壤SO_4~(2-)含量(p0.05).不同处理下湿地土壤Cl-、pH、EC具有微弱的波动变化特征,但在不同处理组间均不存在显著差异(p0.05).多元回归分析显示,DOC、NH_4~+-N和SO_4~(2-)是氮、硫输入处理下影响闽江河口湿地土壤有机碳矿化速率的主要控制因素.     

折流人工湿地模拟装置的水力特性研究

为研究折流人工湿地的水力特性,构建了一系列不同长宽比和折流模式的人工湿地模拟装置(简称装置),通过示踪实验得到停留时间分布密度图(简称RTD曲线),并计算装置的水力特性参数。结果表明,长宽比2∶1的水平推流装置的回收率为远远小于长宽比4:1的水平推流装置,说明过小的长宽比会引起滞留现象。水平折流装置在无基质填充时,水力特性与水平推流装置基本相同,在填充基质后,回收率急剧下降到20%以下,水力特性反而变差。四廊道上下折流装置与其他装置相比显著减少了死区,同时保证较高的回收率(1.5 h内64.56%),具有较满意的水力特性。     

兰州市典型湿地沉积物中正构烷烃的来源分析

采用GC-MS联用系统对三个兰州市典型湿地的沉积物生物标志物——正构烷烃的组成进行了测定,分析了湿地沉积物中正构烷烃组成特征并探讨了其指示的污染源信息。研究结果表明,兰州市湿地沉积物中正构烷烃主要存在高碳数组分奇偶优势显著的单峰型和低碳、高碳组分都有奇偶优势的双峰型两种分布形式;CPI指数分析表明兰州市湿地沉积物中正构烷烃贡献的高碳数部分来源于湿地周围的高等陆生植物,而低碳数部分来源于化石燃料残余。此外,研究发现采石场湿地和银滩湿地公园污染源效应较统一,而雁滩公园污染源受频繁人为活动影响而显示出明显的多元性。     

典型内分泌干扰物对人工湿地运行效果的影响

研究构建了2组表流人工湿地模拟系统和3组潜流人工湿地模拟系统,种植菖蒲、芦苇,在平均进水COD、TN、NH_4~+-N、NO_3~--N、NO_2~--N浓度分别为110、21、6、9以及6 mg/L,进水流速为42 m L/min,水力停留时间为6 h的条件下,研究典型内分泌物双酚A(BPA)和2,4-二氯苯酚在浓度为2 mg/L时对人工湿地的运行效果影响。结果表明,两种内分泌干扰物对人工湿地的污染物去除均有抑制作用。在COD去除上,两种内分泌干扰物对表流人工湿地的负面影响要高于潜流人工湿地。在各类N元素的去除上,在潜流人工湿地中,添加BPA的负面影响要高于添加2,4-二氯苯酚。     

冬季野鸭湖湿地植物根际微生物群落结构分析

文章应用磷脂脂肪酸(PLFA)技术研究野鸭湖湿地扁秆藨草、芦苇和茭白根际土壤微生物的群落结构,同时分析了根际微生物与微生物量磷的相关关系。结果表明,扁秆藨草根际微生物量最高,达60 nmol/g,其次为茭白和芦苇。3种植物根际土壤中的优势菌是以16∶0、18∶0、i16∶0为代表的好氧菌;根际土壤中也出现以18∶2ω6,9、18∶1ω9c为代表的真菌。影响冬季扁秆藨草、茭白根际微生物量及群落结构的主要因素分别是枯落物和气温,而芦苇的特殊根系使其在冬季有较好的适应性。植物根际微生物含量与土壤微生物量磷相关性较好,其中细菌含量与微生物量磷呈显著正相关关系。因此,根际微生物受植物种类影响较大,建议寒冷地区人工湿地根据扁秆藨草、芦苇、茭白的不同特点交错种植,且植物进入衰亡期进行收割有利于污染物去除。     

湿地土壤有机碳及其活性组分分布特征影响因素研究

红碱淖湖泊湿地是西北半干旱荒漠区重要的生态屏障,随着湖泊面积的减少以及土壤退化程度的加剧,逐渐形成5种典型的景观类型(盐碱沼泽、沼泽化草甸、草地、草原化沙地、沙地)。基于野外实地调查,选取红碱淖湖泊湿地流域蟒盖兔和尔林兔2个典型子流域,研究湖泊退化后不同景观类型土壤有机碳及其活性组分的分布特征及其影响因素。结果表明,5种景观类型土壤有机碳(SOC)、土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤易氧化态有机碳(EOC)含量均较低。土壤SOC和EOC在垂直剖面上分布特征一致,土壤EOC与土壤有机质动态变化密切相关,土壤砂砾含量高是研究区土壤有机碳含量较低的主要原因。