不同植物与水力负荷对人工湿地脱氮除磷的影响

通过6种湿地植物的表流 (SF) 和潜流(SSF)人工湿地对比实验,分析了不同植物的SF和SSF人工湿地去除率随水力负荷(HL)变化的规律,得到了6种不同植物的SF和SSF人工湿地的最优HL、最优去除率.实验结果表明:6种植物的SF和SSF人工湿地对TP、TN去除率随HL的增加而降低,且植物不同,去除率降低趋势不同,且SSF人工湿地去除率降低值比SF小.SF人工湿地TP、TN去除率比SSF低,且TP去除率比TN大.SF人工湿地中水葱对TP、TN去除率降低最大,水芹菜对TP去除率降低最小,美人蕉对TN去除率降低最小;SSF人工湿地中美人蕉对TP去除率降低最大,水芹菜最小对TP去除率降低最小.芦苇对TN 去除率降低最大,水葫芦对TN去除率降低最小.6种植物SF人工湿地去除TP和TN的平均最优HL分别为0.53,0.47t/(m2×d);SSF人工湿地去除TP、TN平均最优HL分别为0.68,0.44t/(m2×d).     

潜流人工湿地演变对废水中有机物、氮及磷去除的影响

众多研究表明,潜流人工湿地对污水的处理效果明显高于自由表面流型湿地,但实验研究表明潜流人工湿地因堵塞而逐渐演变为自由表面流人工湿地后,其对有机物(COD、TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果优于具有相同填料及植物的潜流人工湿地.通过实验室培养实验,以考察人工湿地演变对有机物的矿化、硝化/反硝化作用、氮及磷去除的影响.结果表明,与潜流人工湿地相比,演变后的自由表面流人工湿地对有机物的矿化率(以TOC表示)为1.82 mg·h-1,高于潜流湿地的1.49 mg·h-1;对NO3-去除率为96.8%,高于潜流湿地的58.1%;非生物脱硝去除率为40%,高于潜流湿地的28.2%;演变后对磷的吸附量(以P计)为160 mg·kg-1,高于潜流湿地的140 mg·kg-1,对磷的去除主要为填料吸附,有机物的覆盖有利于磷去除;但演变后的自由表面流人工湿地的硝化作用能力低于潜流湿地.因此,人工湿地演变对其效能有重要影响.     

人工湿地中植物生长特性及其对TN和TP的吸收

构建了潜流水平芦苇湿地处理富营养化污水,在近2年的研究中考察了芦苇的生长规律、 芦苇不同器官对TN和TP的吸收及季节变化,评价了植物吸收对湿地TN和TP的去除作用.结果表明,2个生长年内芦苇的生长规律不同,受第1年芦苇移植的影响,芦苇生长周期滞后,导致植物立枯生物量与活体生物量比例在2年中相同月差异很大.第2年芦苇地上生物量是第1年的3.9倍.芦苇组织中TN和TP含量遵循新鲜叶>成年根>新鲜茎的规律.新鲜植物组织中TN和TP含量变化相对不大,当植物枯萎时地上组织TN和TP含量明显下降.根中TN和TP含量在全年中基本维持稳定.植物净吸收随植物生长情况而改变,按全年衡算,当湿地进水TN和TP负荷分别为61.39和7.39 g/(m2·a)时,植物地上生物量吸收TN和TP分别占湿地TN和TP总去除量的46.0%和26.8%,植物吸收仍起到重要作用.      

处理低污染河水的湿地内氮迁移转化过程模拟

为了明确以低污染河水为原水的人工湿地中的主要脱氮机制以及氮素的归趋形式,以洱海流域邓北桥湿地工程为研究对象,根据湿地内发生的生物反应、物理吸附以及沉淀等过程,建立了生态动力学模型,模拟湿地中氮素的迁移转化. 结果显示,所建模型能较好地模拟出水中ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(ON)(ON为有机氮)的变化趋势,效率系数(R)分别为50.2%、67.6%、81.2%. 通过对湿地氮素迁移转化与去除量的模拟结果分析,确定了湿地除氮的主要机制为硝化、反硝化、植物吸收. 反硝化作用可以去除进水中50.0%的TN,植物吸收可以去除进水中11.0%的TN,底泥则可以吸附进水中3.5%的TN. 模拟得到硝化速率平均值、反硝化速率平均值、植物吸收氮速率平均值分别为0.234、0.438、0.050 g/(m3·d).      

石灰石和黄铁矿-石灰石人工湿地净化河水的研究

利用石灰石和黄铁矿-石灰石水平潜流人工湿地处理受到污染的河水,了解它们对河水中污染物,尤其是对氮和磷的去除效果,并分析这些矿物的作用,考察了水力停留时间变化对2种人工湿地污染物净化效果的影响.结果表明,污染物去除效果的最佳停留时间出现在3 d左右,COD、TN和TP的平均去除率分别达到51%、70%和95%.在相同进水水质和水力负荷运行条件下,石灰石和黄铁矿-石灰石这2种人工湿地对COD的平均去除率分别为53.93%和51.66%,对NH4+-N的平均去除率分别为82.13%和77.43%,对TN的平均去除率分别为66%和72.06%,对TP的平均去除率分别为50.9%和97.35%.2种人工湿地对COD的去除效果差距不大,黄铁矿-石灰石人工湿地的脱氮除磷效果优于石灰石湿地,对磷有较好的去除效果,不受温度影响且净化效果稳定,适宜长期稳定运行.     

复合人工湿地系统净化城市富营养水体的应用研究

采用复合人工湿地系统对紫阳湖富营养水体进行净化工程性研究,在水力负荷为1 m3(/m2·d)的条件下,研究了上层表面流人工湿地单元、下层水平潜流人工湿地单元对紫阳湖水体中高锰酸盐指数、TN、TP等水质指标的去除效果。结果表明:下层水平潜流人工湿地单元对高锰酸盐指数、TN、TP的去除率分别为24.5%、23.1%、23.3%,上层表面流人工湿地单元对高锰酸盐指数、TN、TP的去除率分别为23.5%、13.3%、14.2%,上层人工湿地单元对氮、磷的去除效果比上层人工湿地单元高50%和40%,对高锰酸盐指数的去除效果两者差不多。另外,复合人工湿地对紫阳湖水净化效果较好,对高锰酸盐指数、TN、TP的平均去除率达到42%、33.2%和34.2%,出水浓度分别为9.60、2.01和0.23 mg/L,出水稳定可以为后续水体生态修复措施创造有利条件。     

调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的工程应用及评价

为评价调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的运行效果和经济效益,采用现场调研长期跟踪监测调蓄经济植物湿地进、出水水质和水量变化,深入探索其营养盐质量浓度分布特征及其去除效能.结果表明:①调蓄经济植物湿地能够有效截留营养盐,稳定出水水质,2015年7月-2017年4月出水ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Cr）平均值分别为1.2、0.07和17.0 mg/L,TN、TP和COD_Cr去除率分别为65.8%、75.5%和41.3%.②不同调蓄量下TN和TP去除率随着进水水量的增大而减小,表现为枯水期>平水期>丰水期;COD_Cr去除率与调蓄量之间呈负相关,表现为丰水期>平水期>枯水期;在调蓄经济植物湿地中单位面积TN、TP和COD_Cr去除负荷量表现为丰水期>平水期>枯水期.③调蓄经济植物湿地中莲藕、海菜花和螺蛳产量分别为26.25、22.50和2.46 t/（hm2·a）,氮、磷去除总量分别为275和30 kg/（hm2·a）.研究显示,调蓄经济植物湿地能够有效截留氮、磷,在不同水文期均有良好的净化效果,不仅具备景观效益,且具有良好的经济价值.      

以城市污水为水源和肥源对荒漠化土壤的修复效果

为了同步实现城市污水净化和荒漠化土壤修复,以荒漠化土壤(沙土)作为人工湿地基质(基质深度分别为0.1和0.6 m),分析不同运行条件(植物种类、水力负荷、基质深度、季节变化等)下湿地对净化城市污水、修复荒漠化土壤的效果. 结果表明:经过2 a的修复,城市污水中污染物作为荒漠化修复的肥源可以快速富集到荒漠化土壤中. 与原沙相比,沙土中w(有机质)、w(TN)、w(碱解氮)、w(TP)、w(速效磷)及电导率均极显著增加(P<0.01),而pH并无显著变化(P>0.05). 沙土容重极显著降低(P<0.01),孔隙率极显著增大(P<0.01). 当城市污水作为荒漠化土壤修复水源时,即使水力负荷低至0.0075 m3/(m2·d),植物仍能正常生长. 基质深度为0.1 m的潜流湿地在不同水力负荷时对污水中COD_Cr、TN、TP的最低平均去除率分别为59.46%、77.45%、62.36%;基质深度为0.6 m的潜流湿地对污水中三者的平均去除率分别为59.24%、32.02%、57.89%;基质深度为0.6 m的表面流湿地对污水中三者的平均去除率则分别为80.40%、14.00%、29.31%. 研究显示,以城市污水为水源和肥源对荒漠化土壤修复2 a后,沙土中养分含量均显著增加,沙土结构也得到明显改善,各湿地在夏秋季对污水中COD_Cr、TN、TP均有较好的去除效果.      

唐山市南湖湿地水体富营养化治理研究

以芦苇作为人工湿地植物,土壤为基质建立人工湿地,采用人工湿地控制试验的方法深入研究了芦苇和湿地基质对唐山人工湿地南湖污水中氮磷的净化能力以及氮、磷在芦苇根、茎、叶的时空分布和动态变化,实验结果表明：芦苇湿地对污水中的氮、磷的净化效果十分明显,在一个月内对污水中TN的平均去除率可达到61.99%,TP平均的去除率可达51.97%,其中基质吸附和植物吸收作用是湿地脱氮除磷的重要形式。     

干旱地区芦苇湿地对氮、磷营养盐的去除效果及机制

新疆博斯腾湖芦苇湿地常年有农业污水注入,本底氮(N)、磷(P)及盐分含量较高,为了探究其在该背景下对水体氮、磷的去除率及机制,设计并开展了野外表流湿地去污实验。结果表明:芦苇湿地对咸化水体中的氮、磷去除率依然很高,对TP去除率为68%,TN去除率为33%,但对盐分无明显去除效果。在高矿化度(TDS)和低溶解氧(DO)胁迫下,博湖芦苇湿地去除水体氮、磷的途径主要有微生物反硝化作用、根际土壤吸附作用及芦苇吸收转化。     

Pilot-scale studies of domestic wastewater treatment by typical constructed wetlands and their greenhouse gas emissions

Three typical constructed wetlands (CWs) including Vertical Flow (VF), Free Water Surface (FWS), and Subsurface Flow (SF), and combined VF-SF-FWS constructed wetlands were investigated for the treatment of domestic wastewater with low C/N ratio. The performance of nutrient removal and the characteristics of greenhouse gas emissions, such as CH₄ and N₂O, from these CWs were compared. The results indicated that the four types of CWs had high removal efficiencies for organic matter and suspended solid (SS). The combined wetland also showed a comparatively good performance for nitrogen and phosphorus removal, and the removal efficiencies for total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) were 81.3% and 84.5%, respectively. The combined CWs had a comparative lower global warming potential. The FWS CW had the highest tendency to emit CH₄ and led to a higher global warming potential among the four types of CWs, which was about 586 mg CO₂/m²·h.     

北固山湿地虉草氮磷积累和转移能力的研究

通过研究镇江北固山湿地中优势种虉草(Phalaris arundinaces Linn)的生物量以及不同时期各器官总磷/总氮含量及氮/磷累计的动态变化规律,探讨了虉草对氮磷的转移能力.结果表明:1)虉草生物量呈先增加后减少的趋势,茎的生物量远大于叶和根.2)叶中的氮含量大于茎和根,在4月份时达到峰值33.02 mg·g-1;根中的磷含量远大于叶和茎,在8.94～9.83 mg·g-1之间.3)各器官对氮的累积以茎为最高,在5月份时达峰值,为16272 mg·m-2;根中的磷累积最高,茎其次,峰值分别为3196 mg·m-2、5097 mg·m-2.4)相关性分析结果提示氮/磷的去除量与植物的生物量成正相关,适时收割虉草可以从湿地中转移氮和磷.     

水耕植物过滤法去除氮磷的影响因素及途径

采用水耕植物过滤法(hydroponic bio-filter method,HBFM)净化富营养化地表水的试验表明,在水力负荷为3.0 m³/(m²·d)的条件下,TN、TP年平均去除率分别为16.8%、30.8%,年平均去除速率分别为1.0、0.1 g/(m²·d)．通过底泥沉积去除的氮、磷分别占系统氮、磷总去除量的62.2%和75.9%,是TN、TP最主要的去除途径．HBFM的最佳水力负荷为3.0～4.0 m³/(m²·d).西洋菜收割时的剪割强度影响其氮磷吸收速率,每次剪割长度不得超过10　cm.收割频率为1次/月时不会影响HBFM的氮磷去除效果.     

菹草腐解-金鱼藻生长耦合作用对水质及植物生长的影响

通过室内实验模拟沉水植物季相交替过程,分析菹草腐解-金鱼藻生长耦合作用对水质变化影响,探讨菹草不同残体量腐解对金鱼藻生长的影响.结果表明,不同残体量条件下,金鱼藻均能将水体营养盐及有机质保持在相对较低水平,且实验第29 d后基本保持稳定,其中DTN0.514 mg·L-1,TN0.559 mg·L-1,TP0.080 mg·L-1,DTP0.014 mg·L-1,TOC13.94mg·L-1,Chl-a26.546 mg·L-1,菹草腐解-金鱼藻生长耦合作用对水质的改善效果明显,其中在20 g残体条件下处理效果较好,对水体TN、DTN、TP、TOC和Chl-a的去除率分别达到89.67%、52.51%、94.99%、55.59%和98.55%;不同残体量条件下金鱼藻的叶绿素、可溶性蛋白、丙二醛含量均比初始值增加,残体释放的营养盐促进了金鱼藻生长,在20 g残体条件下其对金鱼藻生长的促进作用最好.结果表明在水体含有20 g残体条件下,菹草腐解-金鱼藻生长耦合作用对水质的改善及植物生长的促进效果最显著.     

微藻膜反应器处理海水养殖废水性能及膜污染特性

以海水养殖废水为研究对象,探究了微藻膜反应器的脱氮除磷效能及膜污染特性.采用青岛大扁藻（Platymonas helgolandica tsingtaoensis）作为生物源,经过60 d的运行,微藻膜反应器的TN和TP去除率分别为73.6%和77.9%,TN和TP去除速率达到15g·（m³·d）^-1和2.8g·（m³·d）^-1.反应器中的微藻能够较快富集,最大生长速率可达53.3mg·（L·d）^-1,最大生物量可达1.4 g·L^-1.第18d和38d分别对反应器中的微藻进行采收,未影响反应器的脱氮除磷效能,且可以在一定程度上缓解膜污染现象.微藻生物量的增加会显著提高膜污染物质的含量,三维荧光光谱结果表明,色氨酸类蛋白质和芳香类蛋白质是造成膜污染的重要因素.     

水平潜流人工湿地对畜禽养殖废水中特征污染物的去除

为了探究水平潜流人工湿地去除畜禽养殖废水污染物的性能,选择养殖废水中常见的特征污染物抗生素——四环素(tetracycline,TC)和重金属Cu2+,构建模拟水平潜流人工湿地,设置空白处理(CK)、进水中外加1 mg·L-1四环素(TC)、进水中外加5 mg·L-1 Cu2+(Cu)、进水中外加1 mg·L-1四环素和5 mg·L-1 Cu2+(TC+Cu)这4组潜流人工湿地,考察人工湿地对畜禽养殖废水中污染物的去除效果.结果表明,CK组湿地对养殖废水中总有机碳(total organic carbon,TOC)、总氮(total nitrogen,TN)、NH:-N和 PO43-P 的去除率分别为(84.3±7.2)％、(78.6±7.0)％、(82.1±4.4)％和(88.0±6.0)％,与 CK 组相比,TC、Cu和TC+Cu组湿地对TN的去除率分别下降了 0.4％～21.7％、2.8％～25.5％和4.3％～27.0％,对NH4+-N的去除率分别下降了 1.6％～15.7％、2.5％～17.8％和8.4％～23.0％,进水中添加TC或Cu2+对湿地TN和NH4+-N的去除有明显抑制作用.TOC、TN、NH4+-N和P043--P等污染物的去除主要发生在湿地前端.TC、Cu和TC+Cu组人工湿地对TC和Cu2+的去除率均分别在99.9％和91.4％以上.4组湿地出水中11种四环素抗性基因(tetracycline resistance genes,TRGs)绝对丰度均显著低于进水(低约2～3个数量级).CK组湿地出水tetA、tetC、tetE、tetO、tetQ、tetT和tetBp基因相对丰度均显著低于进水,这7种TRGs的去除率为43.3％(tetC)～96.3％(tetA).与CK组相比,进水中添加TC或Cu2+使湿地出水中TRGs相对丰度有所升高,TC、Cu和TC+Cu组湿地出水中TRGs相对丰度分别比CK组高12％～52％、6.7％～51％和24％～82％.人工湿地对抗生素、重金属和抗生素抗性基因有好的去除率,是一种适宜净化畜禽养殖废水的深度处理技术.     

Contaminant removal from low-concentration polluted river water by the bio-rack wetlands

The bio-rack is a new approach for treating low-concentration polluted river water in wetland systems. A comparative study of the efficiency of contaminant removal between four plant species in bio-rack wetlands and between a bio-rack system and control system was conducted on a small-scale (500 mm length × 400 mm width × 400 mm height) to evaluate the decontamination effects of four different wetland plants. There was generally a significant difference in the removal of total nitrogen (TN), ammonia nitrogen (NH₃-N) and total phosphorus (TP), but no significant difference in the removal of permanganate index (COD_Mn) between the bio-rack wetland and control system. Bio-rack wetland planted with Thalia dealbata had higher nutrient removal rates than wetlands planted with other species. Plant fine-root (root diameter ≤ 3 mm) biomass rather than total plant biomass was related to nutrient removal efficiency. The study suggested that the nutrient removal rates are influenced by plant species, and high fine-root biomass is an important factor in selecting highly effective wetland plants for a bio-rack system. According to the mass balance, the TN and TP removal were in the range of 61.03--73.27 g/m² and 4.14--5.20 g/m² in four bio-rack wetlands during the whole operational period. The N and P removal by plant uptake constituted 34.9%--43.81% of the mass N removal and 62.05%--74.81% of the mass P removal. The study showed that the nitrification/denitrification process and plant uptake process are major removal pathways for TN, while plant uptake is an effective removal pathway for TP.     

常见沉水植物对草海水体(含底泥)总氮去除速率的研究

利用狐尾藻?菹草?苦草?伊乐藻?金鱼藻?篦齿眼子菜?轮藻等7种沉水植物对受污染的草海水体(含底泥)总氮去除速率进行了试验研究?结果表明:每种沉水植物对水体总氮?总磷均有显著去除作用,在试验的27d内,对总氮?总磷的去除百分率分别为80.31%,89.82%;重点对7种沉水植物引起水体总氮浓度下降与时间的关系作回归分析,所得结果是随着时间的延长,水体中总氮浓度呈负指数形式衰减?该文还研究了水体总氮浓度与去除速率之间的关系?每种沉水植物在试验的总氮浓度范围内(2.628～16.667mg/L)去除速率随总氮浓度的增加而增加?对TN_{_t}曲线和V-TN曲线在大型水生植物系统恢复中的应用进行了讨论?      

移动床生物膜反应器净化模拟水产养殖废水的研究

采用移动床生物膜反应器（MBBR）净化模拟水产养殖废水.结果表明,MBBR净化模拟水产养殖废水效果良好.在水力停留时间（HRT）为8 h,DO为2.0~3.0 mg·L^-1的条件下,反应器启动迅速、运行稳定,能使COD和氨氮去除率均达到80%以上,TP去除率达到50%左右;有机负荷为（0.76±0.03）kg·m^-3·d^-1时,TN及氨氮去除效果最好,去除率分别达到71.73%及98.42%.为达到良好的TN去除效果,有机负荷不宜低于0.5 kg·m^-3·d^-1;DO为（3.00±0.25）mg·L^-1时,TN去除效果最好,最有利于同步硝化反硝化;为保持较高的氨氮去除效率,并减少亚硝态氮积累,DO浓度不应低于2.0 mg·L^-1;HRT过短会使氨氮去除效率降低,且可能出现亚硝态氮积累;采用序批式进水运行方式,对TP的去除效果优于连续进水方式,但运行周期后半段会出现亚硝态氮积累,对鱼类产生危害.