人工湿地基质对NH4＋-N吸附性能

为研究建筑废物红砖和工业废物煤渣用作人工湿地脱氮基质的可行性,分别通过静态吸附实验和动态NHf—N去除效果实验进行考察。结果表明,红砖和煤渣对NH4＋-N最大静态吸附量分别为0．2533mg／g和0．0533mg／g,其吸附等温曲线均符合Freundlich型吸附方程,吸附常数分别为0．0419和0．0091;红砖煤渣组合对污水中NH4＋-N平均动态脱除率达到41．18％,高于红砖的37．63％和煤渣的30．92％。     

Fenton氧化联合人工湿地处理污泥中的重金属

针对单独应用Fenton氧化技术处理污泥的不足以及人工湿地在处理污水污泥方面的优势,以污水处理厂污泥浓缩池中含重金属污泥为对象,研究其依次经过Fenton氧化和人工湿地处理后重金属的去除效果及形态变化,以及污泥pH、TN和TP的变化情况。结果表明,Fenton氧化提高了污泥重金属的生物有效性,并促进了人工湿地对重金属的去除。Fenton氧化污泥经人工湿地处理后,Cu、Zn、Ni和Mn的去除率分别为67.2%、79.7%、37.0%和17.0%,与对照相比重金属的平均去除率提高了27.5%。经人工湿地处理后Fenton氧化污泥和原污泥重金属的生物有效性均降低。Fenton氧化污泥pH为4.4～4.6,经人工湿地处理后为6.2～7.1。人工湿地对Fenton氧化污泥和原污泥中TN的影响较小,而对TP表现出较高的去除率,2系统TP的去除率分别为51.1%和45.5%。     

加气混凝土砌块吸附初期径流中磷的效果与机制

为发掘具有高效除磷性能的新型基质,提高人工湿地处理初期径流能力。选用废弃的加气混凝土砌块（加气块）作为实验材料,通过吸附动力学、吸附等温线实验及磷形态分析实验等探究其对磷的吸附机制,并将其作为基质应用于人工湿地中处理初期降雨径流,与传统基质砾石作对比,考察湿地除磷效果。结果表明：吸附过程随时间呈现快速吸附、缓慢平衡的特点,且可用准二级动力学方程拟合;吸附过程中溶液的pH、Ca2+浓度均随时间增加而升高;Langmuir吸附等温方程相较于Freundlich可更好地描述加气块对磷的等温吸附过程,最大吸附容量（Qm）为4 170.71 mg·kg-1;吸附主要是以Ca-P形式的化学吸附,且不易解吸。加气块湿地除磷效果明显优于砾石湿地。因此,将加气块应用于湿地处理初期经流,能有效提高湿地除磷能力。     

回流立式组合人工湿地处理生活污水的效果

针对目前我国农村存在的生活污水随意排放问题,构建了一种安装方便、工艺简单的回流立式组合人工湿地系统用于处理生活污水,研究其对污染物质的去除效果和过程,及不同基质（砾石、陶粒、火山石）间污染物质去除的差异。结果显示,回流立式组合人工湿地系统对COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分别高达95%、99%、53%、57%,其中COD、NH4+-N的去除过程符合一级动力学模型。不同基质组湿地对生活污水处理效果存在显著差异（P4+-N、TN的去除效果较好,火山石组对COD、TP去除效果较好,可分别作为人工湿地脱氮除磷的优先选择。结果表明,回流立式组合人工湿地去除能力好、占地面积小、操作方便,是一种具有广阔发展前景的农村污水处理技术。     

秋季潮汐流模拟湿地对生活污水的处理效果

采用柱状模拟器依次设计了潮汐上行和潮汐下行流人工湿地,以连续上行和连续下行流人工湿地作为对照,探讨了潮汐流人工湿地在秋季对模拟生活污水的净化能力和处理稳定性。研究表明,潮汐上行流、潮汐下行流、连续上行流、连续下行流对COD平均去除率分别为65.05%±9.07%、63.64%±8.24%、26.90%±8.49%、40.84%±6.18%。对TP平均去除率依次为45.57%±10.86%、40.16%±14.15%、23.23%±11.09%、33.28%±7.99%。潮汐上行流湿地对TN、NH4+-N去除率分别为40.63%±7.69%、23.26%±7.58%,潮汐下行流为35.98%±11.95%、22.68%±9.18%,高于连续上行流的8.20%±5.62%、11.72%±7.32%和连续下行流的13.06%±6.12%、23.38%±9.16%。4种湿地并未出现硝态氮累积现象,潮汐上行流和潮汐下行流人工湿地出水亚硝态氮总体变化趋势较为一致。连续上行流和连续下行流人工湿地,出水亚硝态氮和进水较为接近基本在0.02 mg·L-1左右。在湿地出水氮成分中,有机氮、NH4+-N、NO3--N、NO2--N占TN的平均比例依次为16.72%±3.50%、72.74%±6.49%、10.27%±3.84%、0.28%±0.20%。整体而言,在秋季潮汐流湿地对污染物也表现了较高的处理效果,且净化能力优于连续流湿地。     

2种动物对复合垂直流人工湿地基质中磷形态的影响

分别向复合垂直流人工湿地下行流池和上行流池中加入蚯蚓和泥鳅,研究动物加入后人工湿地基质中磷形态及去除效率的变化。结果表明,加入蚯蚓后,下行流池基质中铁铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)、有机磷和总磷的含量显著增加(p<0.05);加入泥鳅后,上行流池基质中Fe/Al-P含量无显著性变化,钙磷、有机磷、总磷含量增加。人工湿地加入蚯蚓后,基质中Ca-P占总磷的百分比下降,Fe/Al-P和有机磷占总磷的百分比增加;加入泥鳅后,基质中Ca-P占总磷的百分比也下降,而有机磷占总磷的百分比升高,该结果表明,蚯蚓和泥鳅促进了基质中Ca-P向有机磷的转化。加入蚯蚓的人工湿地对磷的去除率高于未加蚯蚓的人工湿地,其原因之一可能与加入蚯蚓后人工湿地基质总磷含量增加有关。     

植物种类与水力负荷对人工湿地去除污染物的交互作用

人工湿地去污效能不仅受水力负荷(HL)影响,还与植物种类有关。为研究这2种因素对污染物去除的交互作用,根据植物根系长度,分别构建短根型、中根型及长根型植物潜流人工湿地中试系统,在运行稳定后,考察不同植物种类在不同水力负荷(152、230、305和460 mm/d)下的去污效果。结果表明:植物种类对COD去除率的影响差别不显著,对氮磷去除率有显著影响,且去除率符合长根型 > 中根型 > 短根型;水力负荷对COD、TN、NH4+-N和TP的去除均有显著影响,随着水力负荷减小去除率均逐渐升高;植物种类与水力负荷的交互作用对各污染物去除率均有显著影响,且受水力负荷影响较大,TN、NH4+-N的去除在水力负荷较小时交互作用较明显,COD去除的最优HL为230 mm/d。因此,在人工湿地设计时应考虑植物种类与水力负荷的交互作用。     

人工湿地对水产养殖废水典型污染物的去除

考察了5种常见湿地植物黄菖蒲、芦苇、千屈菜、再力花和香蒲对水产养殖废水的净化能力以及生理生长指标,结果表明,黄菖蒲的氮磷吸收能力最强而芦苇较差。构建黄菖蒲、芦苇水平潜流人工湿地研究植物对水产养殖废水典型污染物的净化效果的影响,发现两者对COD、TP、TN和抗生素均有较好去除效果。其中,黄菖蒲湿地对TN的去除效果(HRT=4 d,去除率71%)显著优于芦苇湿地(HRT=4 d,去除率29%),分析其原因在于黄菖蒲湿地因其较强的吸收能力和反硝化作用使其对高NO3--N废水有较好的去除效果。研究中还发现,水力停留时间对TN、NO3--N、NH4+-N和NO2--N的去除效果有较大的影响。两种湿地对恩诺沙星的去除效果优于磺胺甲恶唑和氟甲砜霉素,不同人工湿地植物对3种抗生素的去除效果差异不大,水力停留时间对磺胺甲恶唑的去除有显著的影响。     

人工湿地基质中腐殖质的积累与分布特点

腐殖质来源于生物残体的降解,可参与多种污染物迁移转化,具有重要环境生态效应。本研究以常见的水平潜流和垂直流2种系统为研究对象,探讨了以无机基质为主构建的常规人工湿地中腐殖质的积累与分布特点。研究结果表明,随着污水处理运行,水平潜流和垂直流人工湿地中,大部分基质中腐殖质全碳量均有增加,水平潜流系统含量在1.7~18 g/kg, 垂直流系统在1.9~7.5 g/kg;胡敏素是各系统腐殖质的主体组成,含量最高,水平潜流系统含量在1.55~17.22 g/kg,垂直流系统在1.43~7.21 g/kg。腐殖质另外2种组分,富里酸和胡敏酸碳含量都比较低,水平潜流系统富里酸碳含量在0~0.68 g/kg,胡敏酸碳含量0.008~0.26 g/kg;垂直流系统富里酸碳含量在0.015~0.38 g/kg,胡敏酸碳含量在0.05~0.15 g/kg,各系统中富里酸碳含量均高于胡敏酸碳含量;各系统中,根系基质腐殖质全碳及3种组分含量都显著高于非根际基质;不管是水平潜流还是垂直流,低水力负荷系统的比高水力负荷系统更高。     

间歇曝气潜流人工湿地的污水脱氮效果

采用间歇曝气运行方式,提升潜流人工湿地生活污水处理系统中的溶解氧浓度,强化脱氮效果。结果表明,间歇曝气运行方式有效提高了湿地内部溶解氧水平,曝气时溶解氧浓度可达6~9 mg/L,停止曝气后,溶解氧浓度迅速下降至0.5 mg/L以下,在湿地内部营造了一种交替的好氧和缺氧环境,分别促进好氧硝化和缺氧反硝化作用。在水力停留时间为3 d的情况下,间歇曝气潜流人工湿地系统对氨氮、总氮和COD的去除率分别可达到98.0%、87.6%和96.3%,较常规潜流人工湿地系统分别提高了74.1%、56.4%和18.1%,实现了氨氮、总氮和COD的同步高效去除。