非稳态条件下人工湿地水流规律及其对水力停留时间的影响

由于降水的随机性,处理农业或城市径流的人工湿地通常在进水水量波动的非稳态条件下工作.为研究在非稳态条件下人工湿地的水流规律,在基于时间轴的多点示踪剂试验的基础上,利用RTD(水力停留时间分布)探讨了单峰和双峰两种水力冲击非稳态条件下水平潜流人工湿地中的水流规律.结果表明,非稳态过程的水量变化对不同时刻流入人工湿地的液体的RTD影响明显.用基于出水流量的非线性无量纲时间变量(φ)对原始RTD进行归一化处理,所得的RTD浓度曲线[C'(φ)]在整个非稳态过程中相对稳定,具有相似的倾斜度、峰值时间(单峰冲击下为0.83~1.00,双峰冲击下为0.87~1.08)、重心位置(单峰冲击下为1.08~1.25,双峰冲击下为1.05~1.25)及相关统计学参数,表现出一种独立于流量变化之外的相对稳定的特征水流规律.与稳态基流量下的t_mean(平均停留时间)相比,水力冲击使人工湿地t_mean呈冲击前持续缩短、冲击后又快速回升的趋势(单峰、双峰冲击下最大值与最小值相差分别约为30和32 h);而t_mean'(归一化平均停留时间)在非稳态过程中却相对稳定(单峰、双峰冲击下最大值与最小值相差分别约为0.15和0.20),适合作为非稳态下表征人工湿地水流规律和停留时间的特征参数.研究显示,归一化RTD易于模拟,可用其描述非稳态下人工湿地的水流规律以及水流规律对污染物接触反应时间的影响.      

组合人工湿地系统对污水处理厂二级出水的深度处理效果

为了解组合人工湿地系统深度处理污水的效果,利用水质分析和微生物多样性分析相结合的方法,研究了VF-HF组合人工湿地系统〔由VFCW（垂直流人工湿地）与HFCW（水平流人工湿地）串联组成〕深度处理污水处理厂二级出水的效果.结果表明:①稳定运行期间,VF-HF组合人工湿地系统出水的ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（TP）的平均值分别为18.11、0.41、0.96和0.16 mg/L,对COD_Cr、NH₄+-N、TN和TP的平均去除率分别为67.21%、89.83%、90.08%和70.91%,且VFCW对COD_Cr的去除性能好于HFCW,HFCW对氮的去除性能好于VFCW.②VF-HF组合人工湿地系统中细菌的丰富度和多样性差异明显,VFCW和HFCW中上层填料中细菌的丰富度和多样性均大于下层,且系统中优势细菌富集明显,其中VFCW沸石层富集了优势反硝化细菌菌科（Comamonadaceae）和优势菌属（Desulfomicrobium）,HFCW的石英砂层富集了优势反硝化细菌菌科（Xanthomonadaceae）和优势菌属（Silanimonas）,HFCW的沸石层富集了优势反硝化细菌菌科（Rhodocyclaceae）.研究显示,VF-HF组合人工湿地系统深度处理二级出水的效果较好,出水水质达到GB 3938—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质要求,且系统中富集了优势反硝化细菌菌科（Comamonadaceae,Xanthomonadaceae,Rhodocyclacea）以及优势菌属（Desulfomicrobium,Silanimonas）.      

高清质谱解析河岸带湿地溶解有机质分子组成特征及其环境意义

河岸带湿地土壤溶解有机质(Dissolved organic matter,DOM)对陆源污染物的迁移和对河流水体富营养化进程均具有重要影响.本研究以典型河口冲积岛——崇明岛河岸带湿地DOM为研究对象,采用液相四级杆飞行时间质谱(Liquid chromatography quadrupole time-of-flight mass spectrometry,LC-Q-TOF-MS)技术分析河岸带湿地土壤DOM的分子组成特征,探究河岸带湿地DOM可能的主要来源.研究结果表明:LC-QTOF-MS技术成功地解析了复杂混合物DOM的分子组成特征,其中脂类化合物是崇明岛河岸带湿地土壤DOM的主要组分,占到28.87%~43.87%,其次为蛋白类物质和羰基类化合物,分别占到总DOM的17.46%~36.54%和19.13%~31.28%,最少的是脂肪酸类、糖类和氨基酸类物质,其三者之和仅为12%左右.同时,崇明岛河岸带湿地DOM分子主要来源于河岸带湿地植物光合生产和陆上区域农业面源径流、生活污水和工业废水的排放,其空间分布受小流域土地利用类型影响.研究结果为复杂混合物的分子组成解析和河岸带湿地管理提供一种新思路.     

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.      

滇池流域宝象河水库沉积物中多环芳烃的垂直分布特征及来源解析

采用GC-MS检测了滇池宝象河水库沉积物中16种美国环保署(US EPA)优先控制的多环芳烃(PAHs)的含量,并对其垂直分布特征及来源进行分析,以此了解宝象河水库近年来PAHs的变化.结果表明,水库沉积物中16种PAHs均有检出,其含量范围为162.26~762.24ng·g~(-1),平均值为423.30 ng·g~(-1).自底层50 cm至表层,沉积物中PAHs含量呈上升趋势.从多环芳烃环数来看,沉积物中的PAHs以2~3环为主,其含量为128.34~518.81 ng·g~(-1),平均值为279.88 ng·g~(-1),占PAHs总量的42.2%~84.1%,平均值为67.6%.FLA/(FLA+PYR)、Ba A/(Ba A+CHR)和Icd P/(Icd P+Bghi P)3组比值及PAHs各组分的分析结果表明,燃烧过程是沉积物中PAHs的主要来源,主要为煤炭、生物质的燃烧.PAHs含量与总有机碳(TOC)之间有显著正相关关系,TOC影响宝象河水库沉积物中PAHs的分布.     

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。