北方地区受污染河湖水体潜流湿地净化技术研究与工程应用

结合实验研究和工程应用实践,在湿地填料选择、水力负荷变化、植物特性、结构优化、越冬运行等方面,对我国北方地区潜流人工湿地设计、建设、运行管理中的关键技术问题开展了系统、深入研究.结果表明:石灰石、粗砂等脱氮除磷综合效果较好,且取材方便、价格便宜,应是人工湿地主选填料,钢渣、褐铁矿除磷效果良好、沸石的氨氮吸附能力强,可作为辅助材料;湿地植物对水质净化贡献约为5%～15%,其地上部分的生物量移除贡献不足5%,湿地植物对系统水力负荷维持、冬季保温、生态景观等还具有较大贡献;以植物保温为主,结合冰下取水、水位管理等可实现北方地区潜流湿地冬季正常运行;优化提出了竖向复合流湿地结构,具有节约用地、硝化-反硝化作用效果显著、抗淤堵等特点.研究成果已在工程实践中得到成功应用,对人工湿地在我国北方地区的推广应用具有重要借鉴意义.     

Treatment of metal-chloride-enriched wastewater by simulated constructed wetlands

The ability of surface flow and subsurface flow simulated wetlands to remove heavy metals from a NaCI-enriched wastewater was examined, employing bulrush (Scirpus validus) and cattail (Typha angustifolia) plants, and two organically amended substrates (mixtures of mushroom compost and leaf litter,with topsoil) with a limestone liner. A simulated wastewater solution containing Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb and Zn as chloride salts was added to the wetlands at a rate of 0.3 l h^–1. During 12 weeks of surface flow, Fe was retained most efficiently (74%), and Mn the least (24%). Most metal retention occurred in residual forms, primarily in the upper 5 cm of the substrate. A subsequent 10 week subsurface flow treatment exhibited greater removal efficiencies for all metals, probably due to increased contact with the highly buffered lower substrate. During both treatments, bioaccumulation occurred in plants, but accounted for a very small portion of the total metal removal. Plant species did not significantly influence wetland performance with respect to metal retention. Substrate type did not affect removal efficiency for most metals, but did influence the forms of the metals retained in the wetland.To whom correspondence should be addressed.     

潜流湿地处理生活污水时的强化策略

研究在潜流湿地处理生活污水时通过预处理强化、介质优化和工艺改进克服现有技术缺陷的可行性.改进方法包括化学强化预处理、预曝气、添加氮吸附介质、添加磷吸附介质、湿地高浸润线、中浸润线、低浸润线和动态浸润线运行.结果表明,化学强化预处理不仅可以除磷,而且削减湿地污染负荷可使后续湿地面积减小63%,但是不能有效脱氮.预曝气仅使氨氮去除率提高了1%.添加氮吸附介质的有效时间短,运行前3个月对NH₄⁺-N去除率为84%,5个月后下降到64%.添加磷吸附介质的有效时间较长,可维持数年.因此,脱氮过程只有通过基质微生物实现.稳态浸润线下对COD、NH₄⁺-N、TN、TP的去除率,高浸润线湿地为50%、21%、32%、-26%;中浸润线湿地为53%、48%、48%、-14%;低浸润线湿地为74%、96%、35%、22%.提出动态浸润线及序批式潜流人工湿地工艺(CBSW),其对COD、NH₄⁺-N、TN、TP去除率为67%、62%、53%、33%.CBSW实现了单级湿地内好氧/缺氧环境的交替出现,提高了脱氮能力,除污综合表现最佳.     

地下渗滤处理村镇生活污水的中试

以红壤土作为填充土壤,在2cm/d的水力负荷下,进行了地下渗滤系统处理村镇生活污水的现场中试.结果表明,地下渗滤系统对COD、氨氮、总磷和总氮有着良好的去除效果,去除率分别达到84.7%、70.0%、98.0%和77.7%,出水COD、氨氮、总磷和总氮的平均浓度分别为11.7mg/L、4.0mg/L、0.04mg/L、4.7mg/L,达到建设部颁发的生活杂用水水质标准对总氮去除机理的分析表明,由硝化/反硝化实现生物脱氮是地下渗滤系统去除总氮的主要途径.在本中试系统中,反硝化效果良好但硝化效果不够理想,改善土壤环境以促进硝化作用是提高总氮去除率的关键.对土壤中氧化还原电位的测定结果表明,土壤内部的还原性质是阻碍硝化反应进行的主要原因.     

碳源与底物对不同层次土壤产生N2O能力的影响

底层土壤的反硝化作用是土壤排放N_2O的重要来源,同时也是影响浅层地下水硝酸盐含量的重要因素.通过一系列室内培养试验.研究了一种农用土壤不同土层在碳源和NO_3含量不同情况下产生N_2O的能力。结果表明,试验用土壤的不同土层均具有进行反硝化作用产生N_2O的能力.底层土壤产生N_2O的能力大于根区土壤:单独添加葡萄糖、NO_3或同时添加葡萄糖和NO_3.对土壤N_2O和CO_2释放的影响与土壤层次和观测时间有关;向土壤添加葡萄糖和NO_3,各个土层释放N_2O的能力均显著提高;从产生N_2O和CO_2能力的角度而言,不同层次土壤的微生物区系间存在较大差异。采用短期(24h之内)饱和泥浆好气培养法,可以区分土壤微生物区系在产生N_2O方面的差异。     

3种不同基质潜流湿地对磷的去除效果

基质是潜流式人工湿地污水处理系统的重要组成部分，直接影响到系统的处理效果。本文研究了由沸石、页岩陶粒和碎石3种不同基质构建的潜流式人工湿地对磷的去除效果。结果表明，在设计水力停留时间3d，连续进出水情况下，碎石单元对磷的去除效果最好，页岩陶粒单元次之，沸石单元效果最差，平均去除率分别为95％、60％和35％。在潜流式人工湿地污水处理系统运行初期观察到磷释放现象，沸石单元最为明显。进水磷浓度较低时，磷的去除率随浓度升高而升高，当正磷、总磷浓度分别升高到2．4—2．5和3．1～3．3mg／L时，正磷、总磷的去除率开始迅速下降。     

基于中性盐提取的土壤重金属固液分配与自由态金属离子浓度测定

采用0.01mol·L-1CaCl2、0.002mol·L-1Ca(NO3)2和纯水(UPW)3种常用提取剂对我国南方两种典型农田重金属污染土壤进行提取试验.同时,应用土壤重金属固液分配多表面模型来预测提取液中重金属含量,结合道南膜技术(DMT)测定Ca(NO3)2提取液中自由态金属离子浓度,并与ECOSAT模型计算值进行比较.结果表明,提取剂中Ca2+浓度增加能显著提高土壤重金属溶出率,而提取液pH、溶解态有机碳(DOC)浓度却随溶液Ca2+浓度增加而降低.多表面模型(Multi-Surface Model)对大部分提取液金属浓度有较好的预测效果,部分土样提取液Cu、Pb、Zn浓度的预测效果较差.DMT测定的Ca(NO3)2提取液自由态重金属浓度与模型计算值较为一致,能够较准确地测定土壤溶液自由态重金属离子浓度.     

化学强化一级处理-人工湿地处理生活污水效果

为解决传统的污水二级生化处理工艺运行成本较高问题并满足日趋增长的小城镇污水处理实际需要,开展了粉煤灰基混凝剂化学强化一级处理—潜流式人工湿地(CEPT-SFCW)系统处理生活污水的实验研究。结果表明,在人工湿地负荷率为0.05～0.1m3/(m·2d)的条件下,CEPT-SFCW系统对COD的去除率>85%。同时,CEPT-SFCW系统对总磷的去除率很高,虽然在进水含磷量低时人工湿地会发生磷释放的现象,出水中磷浓度仍可达到GB8978-1996中的二级排放标准。该系统对氨氮去除效率较低,最高可达到10%,去除效果与植物的生长状态有关。     

人工湿地对化粪池出水净化效果的对比研究

对比了四种复合人工湿地系统对化粪池出水COD、TP、NH3-N和SS的净化效果,试验系统均采用间歇式进水,时间间隔为1d。为期7个月的运行结果表明,系统出水水质均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中的二级标准,其中潜流(水平流)+垂直流(上行流)湿地系统对COD的去除效果最好;垂直流(下行流)+垂直流(上行流)湿地系统对TP、NH3-N、SS去除效果最好;选用含钙石灰石和含铁矿粉做填料、采用间歇式的运行方式可以提高湿地系统对污染物的去除率。     

用人工湿地处理乳制品厂废水的研究

在进水ＣＯＤ浓度４００ｍｇ／Ｌ－８００ｍｇ／Ｌ,温度１５℃－２３℃时,人工湿地装置处理乳制品加工废水的ＣＯＤ去除率达９７％－９８％,面积负荷率达２３．３ｇ／（ｍ＾２．ｄ）－２８．２ｇ（ｍ＾２．ｄ）,ＢＯＤ５的去除率达９７％－９９％,ＢＯＤ５的面积负荷率为１２．６ｇ（ｍ＾２．ｄ）－１７．２ｇ（ｍ＾２．ｄ）,几乎７０％－９０％ＣＯＤ和ＢＯＤ５去除率发生在进水沟段。