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.      

四种不同植物湿地对不同C/N比生活污水的净化效果与季节动态

进水浓度、C/N比、植物种类是影响垂直流型人工湿地对生活污水净化效果的重要因素.本文主要研究了菖蒲(Acorus calamus)、香蒲(Typha orientalis)、千屈菜(Lythrum salicaria)和水葱(Scirpus Validus)等4种植物湿地在不同碳添加及C/N比处理条件下对模拟生活污水的净化效果和季节动态.结果表明,4种湿地植物在不同C/N比(2.5∶1、5∶1和10∶1)进水条件下均能正常生长.在一个生长季内4种湿地植物对主要污染物的平均去除效率为:COD 63.41%~78.02%,TN 33.19%~52.86%,TP 52.64%~73.16%.当C/N为5∶1时,香蒲湿地的COD和TP去除效果最佳,而当C/N为2.5∶1时,菖蒲湿地的TN去除率最高.夏末秋初(7—9月)人工湿地的净化效果较好,而冬季(11月—翌年1月)去除效果明显下降.总体而言,合理地调控进水浓度、C/N比,选择最佳的湿地植物,可显著提高垂直流型人工湿地对生活污水的净化效果.     

黄河三角洲湿地不同植被类型下土壤营养元素空间分布及其生态化学计量学特征

选取黄河三角洲芦苇湿地、柽柳湿地、盐地碱蓬湿地和光滩这4种典型自然湿地及农垦地棉花田作为研究对象,阐明不同植被类型自然湿地土壤营养元素分布特征和生态化学计量学特征,并进行农垦地同自然湿地的对比研究.结果表明,自然湿地内土壤总有机碳（TOC）和总氮（TN）含量总体表现为：芦苇湿地、柽柳湿地>盐地碱蓬湿地>光滩,TOC和TN含量同土壤电导率值（EC）和pH值呈显著负相关（P<0.05）;棉花田TOC、 TN和全磷（TP）含量显著高于自然湿地（P<0.05）,其中硝态氮（NO^-₃-N）含量为自然湿地的9.4～11.4倍,但棉花田碳、氮和磷含量同EC值和pH值无显著相关性（P>0.05）.相关分析表明,自然湿地土壤碳氮比（C/N）主要受控于TN含量（P<0.05）,棉花田土壤C/N显著低于自然湿地（P<0.05）.自然湿地及棉花田土壤碳磷比（C/P）和氮磷比（N/P）均值较低,且与土壤TOC和TN含量变化趋势一致.对比分析发现,整体上棉花田土壤营养元素含量、 C/N、 C/P和N/P差异显著（P<0.0...     

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.     

植物吸收在人工湿地脱氮除磷中的贡献

通过研究人工湿地植物对氮、磷的吸收能力,评价植物吸收在人工湿地脱氮除磷方面的贡献. 结果表明,不同湿地植物其组织中w(TN)和w(TP)差异极显著,湿地植物对TN和TP的吸收量分别为6.1～94.0和0.5～9.0 g/(m2·a). 按全年衡算,湿地植物对TN和TP的吸收量分别占人工湿地TN和TP去除量的0.6%～17.3%和1.4%～41.2%. 但由于湿地植物吸收的TN和TP中有相当一部分是储存在湿地植物的地下部,通过收获植物地上部的TN和TP吸收量仅占人工湿地TN和TP去除量的0.3%～14.1%和0.8%～19.6%. 由此可见,湿地植物的直接吸收在人工湿地系统氮、磷去除中不占重要地位,人工湿地植物的选择和利用应该更注重其间接生态效应的发挥.      

亚热带丘陵区绿狐尾藻人工湿地处理养猪废水氮磷去向

以亚热带丘陵区为研究区,采取野外定位观测的研究方法,选取耐高氮（N）、磷（P）的绿狐尾藻为湿地植物,建立稻草基质池+6级绿狐尾藻表面流湿地系统,湿地总面积1597 m²,水力负荷0.06~0.14 m·d^-1,水力停留时间31 d,研究此湿地系统对养猪废水（NH₄⁺-N：535.4~591.09 mg·L^-1、TN：682.09~766.96 mg·L^-1、TP：57.73~82.29 mg·L^-1和COD：918.4~1940.43 mg·L^-1）的治理效果,旨在为亚热带高负荷猪废水的生态治理提供参数依据.结果表明,湿地系统对NH₄⁺-N、TN、TP和COD的平均去除率为97.4%、97.1%、91.0%和90.2%,其中以CW1累积贡献率最大（37.3%、38.4%、43.3%和27.4%）.植物N、P吸收量在23.87~79.96 g·m^-2和5.34~18.98 g·m^-2之间,占湿地N、P去除量的19.1%和20.2%;底泥N、P吸附量在19.17~56.62 g·m^-2和10.59~26.62 g·m^-2之间,占去除量的19.8%和61.7%.湿地N、P去除率与影响因子间的关系表明,环境因子解释了湿地N、P去除率的79.9%和70.1%.其中,DO是湿地系统N去除的主要因子,底泥P吸附是P去除的关键.     

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.     

聚丙烯小球对人工垂直潜流湿地氮磷去除性能的优化研究

采用页岩和香蒲(Typha latifolia L.)构建人工垂直潜流湿地处理津河富营养化水体,并用聚丙烯小球替代部分页岩研究其对垂直潜流湿地氮磷去除性能的影响.设计水力负荷800 mm/d,理论水力停留时间12h.试验期间(2006-06～2006-11),氮磷月平均去除率在8月份达到最大值.与全页岩湿地相比,聚丙烯小球使氨氮(NH 4-N)、总氮(TN)、溶解性活性磷(SRP)和总磷(TP)月平均去除率分别提高13.38%、8.9%、9.29%和8.25%,使用聚丙烯小球能够有效提高人工垂直潜流湿地氮磷去除效率.试验结束后收割香蒲地上组织(茎和叶),测定地上组织生物量及茎、叶中的氮磷含量.结果表明,聚丙烯小球虽然抑制香蒲地上组织生物量的增加,但却能够有效提高茎、叶中氮磷含量.通过收割香蒲地上组织可使TN和TP去除分别增加29.382 g·m-2和13.469 g·m-2.     

复合垂直流人工湿地污染物去除及微生物群落结构的PCR-DGGE分析

采用复合垂直流人工湿地净化富营养化景观水,考察了湿地系统中ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP)和ρ(DO)以及pH的沿程变化,并采用PCR-DGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构垂直分布及组成的多样性. 结果表明:从下行池到上行池,ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP),ρ(DO)和pH沿水流方向逐渐下降,上行池末端出水ρ(DO)略有回升,污染物的去除主要发生在下行池;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,在湿地系统的不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属;下行池表层微生物多样性指数最高,上行池各样品间的相似性较好. 从下行池到上行池,微生物群落的多样性降低,群落结构间的相似性逐渐增大. 植物供氧、残体累积以及根际效应有助于提高湿地表层微生物的多样性.      

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.     

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.     

低温环境下人工湿地植物组配对养殖废水的处理效果研究

强化低温环境下人工湿地的污水处理能力,对于促进人工湿地的应用推广具有重要的意义。本研究利用绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)和菖蒲(Acorus calamus L.)两种湿地植物,在室外低温环境下(＜15℃),研究人工湿地植物组配对不同负荷养殖废水的处理效应及关键影响因素。结果表明,在不种、单种和不同顺序混种绿狐尾藻(M.aquaticum)和菖蒲(A.calamus L.)处理下,菖蒲+绿狐尾藻组合湿地(AM)对TN、TP和COD去除率均为最高,在低负荷和高负荷环境下平均去除率分别为74.2%、71.3%、83.0%和67.3%、81.9%、75.3%。相较于空白对照和植物单种的湿地系统,植物混种系统的DO较高,且AM处理在低负荷和高负荷环境下均能保持较高的C∶N。根据Pearson相关性以及PCA分析,DO与TN、NH⁺₄-N去除率显著相关(P<0.05),C∶N与COD去除关联性最好。可见,菖蒲+绿狐尾藻植物组合可能通过改善DO和C∶N等湿地微环境条件来增强湿地对污染物的去除,能够作为低温环境下强化湿地对污染物去除的一种有效措施。     

生态工程综合治理系统对农业小流域氮磷污染的治理效应

以典型农业小流域——开慧河流域源区为研究对象,基于研究区农业面源污染的主要排放特征,建立以生态湿地为主的小流域面源污染生态工程综合治理系统,重点探讨其对水体氮磷污染物的去除效果.结果表明,畜禽养殖业是开慧河流域源区水体氮磷污染物的主要来源,需要重点防控.组合生态湿地处理工程对农村分散式生活与养殖混合废水总氮(TN)、总磷(TP)的平均去除率为87. 1%和90. 9%;多级人工湿地拦截工程对农田排水与分散式养殖混合废水TN、TP的平均去除率为85. 7%和84. 9%;景观型生态湿地净化工程对末端汇水区水体中TN、TP的去除率在27. 1%～67. 4%和13. 3%～81. 5%之间.整个生态工程综合治理系统对流域TN和TP污染物的总拦截量分别为5 292 kg·a~(-1)和1 054 kg·a~(-1),占研究区农业面源TN、TP总污染负荷的35. 3%和43. 6%.因此,构建的生态工程综合治理系统对流域农业面源氮磷污染具有较好的治理效应,适合在我国南方小流域水环境治理中推广应用.     

间歇曝气对人工垂直潜流湿地氮磷去除性能的影响

采用页岩和香蒲(Typha latifolia)构建人工垂直潜流湿地处理津河富营养化水体,研究间歇曝气对潜流湿地氮磷去除效果的影响.设计水力负荷800 mm/d,气水比5∶1.试验期间(2006-06～2006-11),氮磷月平均去除率在8月份达到最大值.与无曝气系统相比,中部曝气使氨氮(NH 4-N)、总氮(TN)、可溶性活性磷(SRP)和总磷(TP)月平均去除率分别提高10.1%、4.7%、10.2%和8.8%,底部曝气则为25.1%、10.0%、7.7%和7.4%,间歇曝气能够有效提高人工潜流湿地氮磷去除效率.曝气产生的有氧环境不利于硝酸盐氮(NO-3-N)去除,试验期间底部曝气和中部曝气NO-3-N月平均去除率一直低于无曝气系统.试验结束后收割香蒲地上组织(茎和叶),测定地上组织生物量及茎、叶中的氮磷含量,结果表明,间歇曝气虽然抑制香蒲地上组织生物量的增加,但却能够有效提高茎、叶中氮磷含量.与无曝气系统相比,通过收割香蒲地上组织可使TN去除分别增加11.6g·m-2(中部曝气)和12.6 g·m-2(底部曝气).     

碳氧调控下人工湿地净化效果的协同与拮抗研究

从人工湿地脱氮效果的重要限制因子——溶解氧和碳源着手,构建了一种人工湿地碳氧联合调控脱氮系统,研究了曝气、碳源投加、碳氧联合调控下人工湿地的净化效果.结果表明,曝气促进了TSS、COD、TN、NH4+-N、TP的去除,但夏季时会导致NO3--N的积累;碳源投加提高了TN、NO3--N的去除,但冬季时会导致COD去除率的下降.碳氧联合调控下人工湿地对TN、NO3--N的去除表现出协同作用,对NH4+-N、COD的去除表现出独立作用,而对TP、TSS的去除表现出一定的拮抗作用.另外,对于以氨氮为主的“低碳高氮”污水,人工湿地碳氧联合调控系统脱氮效率达87.3%,可见该强化系统适用于“低碳高氮”污水的处理.     

潜流水平湿地对农业灌溉径流氮磷的去除

构建了潜流水平芦苇湿地,对农业灌溉径流(TN约为7mg/L,TP约为0.5mg/L)中氮磷进行了为期1年的去除研究.在水力停留时间(HRT)为2,4,6d时,TP和TN的去除率均大于87%和68%.湿地对TN、NH₄⁺-N和TP的去除受HRT的影响较大(P<0.05),对PO₄^3--P的去除受HRT的影响较小.在不同HRT情况下,NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO3--N和PO₄^3--P的去除率均高于93%,出水浓度一般均小于0.04mg/L.且出水中的TP和TN主要为有机态,存在一个TP和TN背景浓度.TN去除率与负荷之间具有很好的相关性(R2=0.9968),但是TP去除率与负荷之间相关性较差(R²=0.5987).以HRT为2d计算,1m²的芦苇床处理该农业灌溉径流的能力为0.1m³/d,出水TN和TP浓度可控制在0.50mg/L和0.154mg/L以下.     

人工湿地不同区域基质磷含量的差异分析

基质吸附是人工湿地磷去除的主要途径,吸附能力易受环境条件的影响,为了探讨人工湿地运行时内部多样化理化环境对基质磷吸附的影响,以相同基质的无植物和有植物水平潜流人工湿地实验系统为对象,在对人工配制有机污水进行5个月处理后,分析了2个系统不同区域基质中总磷及各主要无机态磷的含量.结果表明,植物系统各部分基质中总磷含量呈现较大的差异,总磷最高的进水区根际基质达0.75 g·kg-1,其次是进水区抖落和出水区根际基质,最低的出水区非根际基质只有0.21 g·kg-1,无植物系统各部分基质总磷含量比较接近,在0.21～0.27 g·kg-1之间,总体来看,植物系统基质总磷含量高于无植物系统;与实验前相比,两系统各部分基质中铁磷、铝磷和钙磷含量都升高,是基质吸附无机磷的主要赋存形式,铁磷和铝磷在两系统不同区域基质中变化特点相似,植物系统进水区根际、抖落基质铁磷、铝磷含量大幅增加,而出水区和无植物系统各部分增加量相对较少;两系统各部分基质钙磷含量升高相对较均衡,但植物系统进水区和出水区根际基质含量也略高于其他部分;两系统各部分基质松散结合态磷和闭蓄态磷含量都比较低;植物根系对基质磷含量具有明显影响,总磷、铁磷、铝磷、钙磷和松散结合态磷含量呈现距离植物根系越近含量越高的特点.     

岸边带湿地对富营养化河流的净化作用研究

对北运河上游污染严重流域实地调查发现,水中TN、TP和NH4+-N的最大超标倍数分别为12、10和7,以NH4+-N污染为主要特征.对北运河流域沙河水库附近一处典型岸边带湿地进行深入研究发现,天然河流岸边带湿地系统对河水中NH4+-N、TN和TP浓度有明显的削减作用,分别由河水中的27.0、29.0、1.82mg·L-1降至湿地中的2.50、6.54、0.12mg·L-1.由于微生物驱动的硝化-反硝化脱氮作用以及岸边带植物对营养元素的吸收作用,植被型岸边带沉积物中NH4+-N、TN和OM含量(分别为23.0mg·kg-1,0.66g·kg-1和9.13g·kg-1)分别为裸露型岸边带沉积物的0.20,0.48,0.67倍.植被型岸边带沉积物各层C/N比(平均为8.68)是裸露型岸边带沉积物各层C/N比(5.53)的1.6倍,为反硝化作用的发生提供了相对充足的碳源.与裸露型岸边带相比,植被型岸边带更利于营养元素的去除.作为工程实例,模拟天然河流岸边带湿地的罗马湖旁路/离线人工湿地系统对水体营养元素有显著的去除作用.     

Impact of photosynthesis and transpiration on nitrogen removal in constructed wetlands

To determine the impact of photosynthesis and transpiration on nitrogen removal in wetlands, an artificial wetland planted with reeds was constructed to treat highly concentrated domestic wastewater. Under different meteorological and hydraulic conditions, the daily changes of photosynthesis and transpiration of reeds, as well as nitrogen removal efficiency were measured. It was found that net photosynthesis rate per unit leaf area was maintained on a high level (average 19.0 μmol CO₂/(m²·s)) from 10:00 to 14:00 in July 2004 and reached a peak of 21.1 μmol CO₂/(m²·s) when Photon Flux Density was high during the day. Meanwhile, TN and NH₄ ⁺-N removal efficiency rose to 79.6% and 89.6%, respectively—the maximum values observed in the test. Correlation coefficient analysis demonstrated a positive correlation among photon flux density, net photosynthetic rate, transpiration rate, and TN and NH₄ ⁺-N removal efficiency. In contrast, there was a negative correlation between stomatal conductance and TN and NH₄ ⁺-N removal efficiency. Results suggest that the photosynthesis and transpiration of wetland plants have a great impact on nitrogen removal efficiency of wetlands, which can be enhanced by an increase in the photosynthesis and transpiration rate. In addition, the efficiency of water usage by reeds and nitrogen removal efficiency could be affected by the water level in wetlands; a higher level boosts nitrogen removal efficiency. Translated from China Environmental Science, 2006, 26(1): 30–33 [译自: 中国环境科学]     

水翁(Cleistocalyx operculatus)在人工湿地的生长特性及对污染物的去除效果

研究了水翁在人工湿地的生长特性及其对污水的净化效果.结果表明:生长在人工湿地的水翁具有发达的侧根系,能保持正常的净光合速率((19.2±2.1)μmol/(m2·s))、蒸腾速率((23.5±2.3)mmol/(m2·s))、气孔传导率((657.5±53)mmol/(m2·s))、根系活力((20.9±3.2)μg/(g·min))和生长速率((9.9±0.5)mg/(g·d)).水翁人工湿地对TN,TP,C0D_cr和BOD₅的去除率分别为55.6%,44.2%,75.7%和73.2%.其中水翁对N,P的吸收量分别占人工湿地对N,P去除量的16.4%和12.6%.水翁为常绿乔木,可考虑与灌木和草本植物结合起来,建立乔、灌、草自然湿地系统,达到改善水质的目的.