潮汐流-垂直潜流人工湿地对城市径流污染物净化效果

人工湿地(CW)在城市径流污染源头控制中发挥重要的作用。采用潮汐流(TFCW)-垂直潜流(VFCW)串联的复合人工湿地工艺(TF-VFCW),以砾石为填料构建人工湿地模型,探究TF-VFCW长期运行下COD_cr、NH₄⁺-N、NO₃⁻-N、TN和Cu²⁺的去除效果以及微生物群落变化对污染物去除效果的影响。结果表明：在80 d的运行中,TF-VFCW对COD、NH₄⁺-N、TN的去除效率逐渐下降,平均去除率分别为62.92%、65.54%、80.83%;系统对NO₃⁻-N的去除率先保持稳定,随后在波动中略有下降,平均去除率为95.27%;对TP的去除效果相对较为稳定,平均去除率为87.64%;对Cu²⁺的去除率虽有较大波动但总体上呈现上升的趋势,平均去除率为40.22%。TFCW单元的去污能力明显优于VFCW单元。随着时间的推移,TFCW单元在门水平上的优势菌种由Proteobacteria(变形菌门)变为Firmicutes(厚壁菌门);在属水平上,TF-VFCW中主要除氮微生物为Thauera(索氏菌属)、Thiobacillus(硫杆菌属)、Hydrogenophaga(噬氢菌属)、Nitrosospira(亚硝化螺菌属),主要除磷微生物为Pseudomonas(假单胞菌属)、Dechloromonas(脱氯菌属)、Bacillus(芽孢杆菌)等。TFCW的除氮、除磷功能微生物的多样性要明显优于VFCW。温度对除氮、除磷功能微生物的多样性和群落结构影响较大,NH₄⁺-N、NO₃⁻-N、 TN的去除效果明显受到温度的影响,而磷的去除受温度影响较小,其主要通过基质吸附和植物吸收。     

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。     

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。     

6种湿地植物吸收污水中氮和磷的动力学

为研究不同湿地植物对污染水体中氮、磷的去除效果,采用改进耗竭法研究水竹、金花菜、空心菜、雪里红、芋头和韭菜等6种湿地经济植物对溶解性总磷（TSP）、硝态氮（NO3--N）及铵态氮（NH4+-N）的吸收动力学特征。目的是在对污染水体进行修复时,可以根据不同的污染程度选择相应的经济作物。结果表明：空心菜适应任何TSP、NO3--N及NH4+-N浓度的污水,水竹则适应TSP、NO3--N及NH4+-N浓度较低的污染水体;韭菜与金花菜对TSP、NH4+-N浓度较高的污染水体有较大吸收效率,而雪里红则适合浓度较低的水体;对于含NO3--N水体,韭菜与雪里红具有较大吸收速率,适宜高NO3--N水平的养分条件,金花菜具有较大亲和力,适宜于NO3--N浓度低的污染水体;芋头的最大吸收速率最小而亲和力最大,不适宜作为湿地植物修复污染水体。6种湿地植物都具有喜铵性,对NH4+-N有更好的吸收效果。     

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。     

芦苇碳源-表面流人工湿地对农田退水脱氮的长期效能研究

针对农田退水NO₃^--N占比高、C/N低,氮污染难以去除的问题,将经济易得的芦苇(Phragmites australis)茎叶碎段装填在表面流人工湿地(packed surface flow construct wetland,PSFW)的表层作为外加碳源,以研究其长期运行情况下的脱氮效能。结果表明：第29~149天,外加芦苇茎叶碎段的PSFW的脱氮效能明显高于无芦苇茎叶碎段的空白PSFW₀;进水NO₃^--N和TN浓度分别为(16.4±1.0)和(17.7±2.0)mg/L,HRT按3、4和2 d运行时,HRT为4 d时脱氮效能最优,PSFW对NO₃^--N和TN去除率分别为(87.4±6.0)%和(74.1±6.0)%,PSFW₀去除率仅为(14.4±4.0)%和(14.4±3.0)%;第150~269天,PSFW的脱氮效能稍高于PSFW₀,在进水NO₃^--N和TN浓度分别为(10.4±1.0)和(10.8±1.0)mg/L,HRT按3、2和1 d运行时,HRT为3 d时脱氮效能最优,PSFW对NO₃^--N和TN的去除率分别为(91.9±7.0)%和(90.2±7.0)%,PSFW₀去除率分别为(91.3±5.0)%和(86.4±6.0)%。第270~334天,PSFW的脱氮效能稍低于PSFW₀;进水NO₃^--N和TN浓度分别为(5.7±0.4)和(7.2±0.8)mg/L,HRT为3 d时,PSFW对NO₃^--N和TN的去除率分别为(88.6±10.0)%和(82.5±7.0)%,PSFW₀去除率分别为(94.0±6.0)%和(87.8±3.0)%。     

REMOVAL OF FLOODWATER SEDIMENTS BY A CLEARCUT TUPELO-CYPRESS WETLAND1

ABSTRACT: A palustrine water tupelo (Nyssa aquatica L.)-baldcy-press (Taxodium distichum (L.) Rich.) swamp in southwestern Alabama was subjected to three types of disturbance, including helicopter logging, rubber-tired skidder logging simulation, and helicopter logging followed by an herbicide application. An adjacent undisturbed stand served as a control area. Post-harvest collection of sedimentation data revealed that the herbaceous and woody vegetation regrowth within the helicopter and skidded clearcut areas trapped more sediments than did the control or herbicide treatment areas. Clearcutting, followed by plant regrowth, improved the wet-land's capacity to remove sediments from overbank flow flood waters.