人工湿地脱氮除磷特性研究

针对流域水体富营养化加剧和二级处理水氮磷指标较高的问题,提出以人工湿地对二级出水继续低耗、理想地脱氮除磷。研究中通过对照不同进水水质条件下,不同结构人工湿地的脱氮除磷效能,探讨了人工湿地内的主要脱氮除磷途径。研究表明,表面流湿地内植物对氨氮吸收／吸附和硝化过程为主要氮转化途径,潜流湿地内直接反硝化过程为主要脱氮途径,脱氮效率30％～40％;磷在人工湿地内主要依赖除磷填料床的物化吸附、共沉淀去除,除磷效率达80％以上。     

不同C／N下人工湿地的脱氮效果及其强化措施

以人工湿地为研究对象,分析了不同C／N下人工湿地的脱氮效果。结果表明,C／N为10时,TN、NO2-N和COD平均去除率分别为（75．36±10．55）％、（86．34±9．23）％和（67．60±4．10）％,都显著高于其他2组系统（P=0．006、0．001、0〈0．01）;随着C／N的增加,NO3-N去除率呈现出上升的趋势;NH4-N刚好相反,C／N为1时,明显要高于其他2种情况（P=0〈0．05）,平均去除率为（65．42-1-14．31）％。针对C／N为1时人工湿地脱氮效率较低（51．294-14．48）％的情况,对系统进水采取了添加一定量好氧反硝化细菌固定化小球并曝气12h的强化实验措施。结果发现,强化实验条件下TN、NOr-N和N03-N去除率均提高了10％以上,且都要明显高于非强化实验条件（P：0．003、0、0〈0．01）,同时NH4-N和COD去除率没有明显差异,研究结果表明,从微生物角度对系统进水进行前处理有助于提高人工湿地脱氮效率。     

不同因素对人工湿地基质脱氮除磷效果的影响

在人工配制的污水中投入一定量的基质,不同条件下振荡培养,评价沸石、炉渣和陶瓷滤料3种基质在不同因素影响下对氨氮(NH4+-N)和总磷(TP)的吸附能力。结果表明,不同吸附时间时,沸石对NH4+-N的吸附效果最好,陶瓷滤料对TP的吸附效果最好;进水浓度对沸石吸附NH4+-N的影响较大,其吸附量随进水浓度的增大而增大,进水浓度对炉渣和陶瓷滤料吸附NH4+-N及炉渣吸附TP影响不大;3种基质对NH4+-N和TP的吸附量均是随吸附剂量的增加而降低,要达到较好的去污效果,应根据实验结果考虑基质投入量;pH值对沸石吸附NH4+-N影响显著,pH值6～7范围内吸附效果最好,pH值8～12的碱性条件有利于基质对TP的吸附。     

不同基质人工湿地处理含氨氮地下水过程中氮素形态转化的时空特征

构建火山岩、砾石、沸石、椰壳活性炭、K3悬浮填料和聚氨酯泡沫为基质的6组实验室规模垂直流人工湿地,对比分析各湿地系统对含氨氮地下水的净化效果,同时考察不同基质湿地系统在一个水力停留时间(48 h)内氮素形态转化的时空特征.结果表明:沸石湿地系统对氨氮、T N的去除效果最好,平均去除率分别为97.39％、94.26％,聚...     

组合人工湿地工艺微生物群落结构及脱氮效果研究

将复合垂直流、表面流、潜流3种不同类型的人工湿地串联起来,研究每种人工湿地的脱氮微生物及其脱氮效果.结果表明,各种人工湿地池填料表面微生物数量丰富,组合人工湿地系统形成两个串联的A/O单元,脱氮效果良好,其中总氮去除率达82.61%.     

反硝化碳源在人工湿地脱氮中的应用及其研究进展

碳源供给是制约人工湿地反硝化脱氮的重要因素,系统论述了反硝化碳源的类型及其在人工湿地反硝化过程中的作用,并对人工湿地中反硝化碳源的应用现状进行了讨论.反硝化菌与人工湿地脱氮有着密切关联,是人工湿地领域研究的焦点.此外,人工湿地中的环境条件、运行条件及湿地构建条件等都会对其反硝化效果产生重要影响,指出了通过改善上述条件提...     

电极强化人工湿地处理污水脱氮的效果

将电极与人工湿地耦合,创新性地构建了复合电极人工湿地高效反硝化脱氮装置,提高对污水中总氮和COD的去除效果。为了确定复合电极人工湿地比普通人工湿地脱氮效果更优,研究了碳氮比、进水总氮浓度、水力停留时间、电流强度等因素对复合电极人工湿地和人工湿地脱氮效果的影响。研究结果表明：在室温20~25℃,pH=7.5条件下,引入电极的人工湿地有更好的去除效果,较普通人工湿地总氮脱除效率可高出5.41%。并且确定了复合电极人工湿地的最佳运行条件为碳氮比=0.75,水力停留时间=48 h,进水总氮浓度=75 mg·L-1,电流强度=10 mA。在此条件下,总氮去除率可达53.34%。     

四种植物潜流人工湿地脱氮除磷的研究

分别以薏苡、风车草、茭白和美人蕉为植被构建潜流人工湿地(植物床),研究其对生活污水氮磷的净化功能及其去除率与水力停留时间(HRT)的变化规律.研究结果表明,各种植物床对TN、TP的去除率随HRT的延长而增加,不同植物床的脱氮除磷效果是不同的.美人蕉植物床对TN的去除效果最好,HRT为3 d时,TN去除率为56%;HRT为6 d时,TN去除率达76%.茭白植物床对TP的去除效果最好,HRT为3 d时,TP去除率达76%;HRT为6 d时,TP去除率达93%.其他植物床也有较好的脱氮除磷效果.各种植物床处理后出水TN、TP均较低, HRT为2 d时,出水TN均低于<城镇污水处理厂污染物排放标准>(GB 18918-2002)一级标准A标准;HRT为5 d时,出水TP均低于二级标准,其中茭白、美人蕉植物床处理后出水TP低于一级标准B标准.4种植物构建的潜流人工湿地对TN、TP的去除均满足一级反应动力学方程,且相关性显著.     

8种植物床人工湿地脱氮除磷的研究

分别以水葫芦、西洋芹、空心菜、水芹、混合种(黄菖蒲、千屈菜、再力花)、千屈菜、再力花、黄菖蒲等植物床构建潜流人工湿地,研究其对生活污水氮、磷的净化功能及其去除率与水力停留时间(HRT)的变化规律。结果表明,各种植物床对TN、TP的去除率随HRT的延长而增加,不同植物床的脱氮除磷效果是不同的。千屈菜植物床对TN的去除效果最好,HRT为3d时,TN去除率为56%;HRT为6d时,TN去除率达77%。再力花植物床对TP的去除效果最好,HRT为3d时,TP去除率达78%;HRT为6d时,TP去除率达96%。其他植物床也有较好的脱氮除磷效果。各种植物床处理后出水TN、TP均较低,HRT为3d时,出水TN均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准规定的限值(15mg/L),出水TP均低于GB 18918—2002二级标准规定的限值(3mg/L);7种植物床构建的潜流人工湿地(水葫芦的数据丢失)对TN、TP的去除均满足一级反应动力学方程,且相关性显著。     

人工湿地基质再生技术的研究进展

人工湿地中基质对污染物的吸附是一个有限的过程,对其进行再生可减缓净化效果的下降趋势,降低周期性更换基质的材料消耗和购置成本,回用营养物质于农业。基质可以通过物理、化学或生物的方法原位或异位再生。其中生物再生成本低廉,生态友好且具有可持续性,是基质脱氮再生的最有效途径,可以通过优化离子浓度和交换速率,碳源、溶解氧、微生物群落结构等提高再生效果和速率。基质除磷物理再生效果受基质类型、磷浓度负荷、落干休作开始时机和持续时间等的影响,其操作简便,可在人工湿地的日常运行管理中原位实施。化学再生效果受基质种类、再生试剂的成分和浓度、环境条件如温度、pH值、Eh值和DO值等的影响,可在基质吸附饱和后作为应急措施使用。     

人工湿地中基质与植物对污染物去除效率的影响

针对太湖五里湖富营养化水体,采用中试规模的人工湿地现场实验开展了不同基质、不同植物的污染物去除效果研究。基质采用炉渣和沸石2种,在一个湿地池种植单一植物茭白,另一个湿地池种植鸢尾＋菖蒲混合植物,同时构建了无植物的对照组湿地。研究表明：（1）在运行初期,沸石和炉渣2种基质对TN、TP的去除率差异为12.5%和12.6%,吸附饱和后,2种基质对TN和TP的去除率差异缩小为3.2%和6.1%,从长期运行来看,炉渣和沸石2种基质在人工湿地中的去除效率差异将减小;（2）茭白单一植物湿地对污染物的去除率与鸢尾＋菖蒲混合植物湿地对污染物的去除率两者之间差异不大;（3）人工湿地种植植物后对TN、TP的去除率比无植物状态时分别高出13.6%和19.5%,植物在人工湿地中对污染物的去除发挥了重要作用;（4）在本试验条件下,茭白吸收所去除的氮数量为湿地氮总去除量的8.95%,茭白吸收去除磷的数量为湿地磷总去除量的20.16%,在人工湿地中,茭白吸收对磷的去除效率比对氮的去除效率高。     

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。     

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3 d,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3.1～3.3 mg/L时,正磷、总磷的去除率开始迅速下降.     

不同回流比对无植物垂直流人工湿地除氮效果的影响

通过内碳源前置反硝化脱氮工艺试验,比较了不同回流比对垂直流人工湿地除氮效果的影响。试验结果表明,TN去除率随着回流比增加而增加,NH⁺₄-N去除率则随着回流比的增加先降低后增加的趋势,两者去除率之和以回流比200％为最高,以回流比150％次之,以回流比100％为最低。从TN的去除率来看,回流比150％略高于回流比200％。     

水平潜流人工湿地脱氮功效中植物的作用

为了研究芦苇(Phragmites australis)在收割期前/后、湿地床体内部各个区域内、一年四季中在水平潜流人工湿地脱氮效用所起的作用,实验设置了有/无植物2组平行反应器。结果表明,芦苇在收割前/后对于水平潜流人工湿地脱氮效果均有促进作用,植物地上部分氮吸收量占湿地脱氮量的10.2%。在芦苇收割前/后(5月~9月、10月~次年5月),芦苇湿地日均脱氮量分别是无植物湿地的1.55倍与1.11倍。高、矮芦苇不同组织中总氮浓度分布趋势一致,2种芦苇各组织含量分别为:穗(28.69 g/kg)>叶(13.69 g/kg)>茎(5.31 g/kg)、穗(28.06 g/kg)>叶(14.61 g/kg)>茎(8.46 g/kg)。在湿地的各个沿程区域,总氮、氨氮累加去除率变化趋势一致,并且从反应器前部到尾部呈上升趋势,从上部到下部呈下降趋势。有芦苇湿地的脱氮效用优于无植物湿地,且底部氮积累含量也较少。一年四季中有芦苇湿地在各个季节脱氮量是无植物湿地的1.06~1.47倍。     

COD/N对潜流人工湿地脱氮效能及N2O排放的影响

人工湿地因其低能耗、易管理的优点被广泛应用于水处理和生态修复,尤其在发展中国家有其适用性。为探讨COD/N对潜流人工湿地脱氮效能及氧化亚氮（N2O）的排放影响,分别构建5组微型人工湿地CW1~CK,进水化学需氧量/总氮（COD/N）分别为20：1、10：1、7：1、4：1和0：1。结果表明,湿地出水DO浓度均低于0.5 mg·L-1,不同的COD/N下无显著差异,但pH表现为随COD/N的升高而降低。进水COD/N为10、7和4的湿地中COD去除率在80%以上,而进水COD/N=20的湿地中COD去除率不足70%。5组COD/N湿地中氨氮（NH4+-N）的平均去除率依次为（61±16.6）%、（23±14.1）%、（30±12.5）%、（28±14.5）%和（74±7.0）%,在碳源充足或无碳源的条件下有利于NH4+-N的去除。除COD/N=0外,其余湿地中出水未检测到硝态氮（NO3--N）。湿地中总氮（TN）的去除变化与NH4+-N相似。5组湿地系统中,N2O的平均释放通量和累积排放量,分别在0.83~11.84 mg·（m2·h）-1和30.65~490.80 mg·m-2之间。COD/N=4的人工湿地系统中,N2O的平均释放通量和累计排放量显著高于其他处理（p2O形态去除的氮占系统去除TN的百分比为4.87%。COD/N对潜流人工湿地的脱氮和N2O减量具有调控作用。     

不同回流位置对潜流人工湿地氮分布及去除效果的影响

通过脱氮实验比较了不同回流位置（进水口、前部、中部、后部）对潜流人工湿地的氮浓度空间分布状况和氮去除效果的影响。结果表明：4种回流与未回流处理相互之间的氨氮（NH4＋-N）空间分布无明显差异,而回流位置越靠近进水口,湿地中总氮（TN）分布浓度越低。将湿地出水按1/3的回流比回流到湿地进水口,对NH4＋-N去除率的影响差...     

适宜处理分散性生活污水的人工湿地除磷填料的筛选及改性

为提高人工湿地除磷效能,从沸石、陶粒、萤石、膨胀蛭石、石灰石、麦饭石、火山岩、牡蛎壳、钢渣和废砖块这10种具有较高磷素饱和吸附量的填料中,筛选出钢渣、沸石和石灰石3种适宜处理分散性生活污水的人工湿地填料,并分别使用不同浓度梯度的酸(碱)、盐对3种填料进行改性,以增强其除磷能力。研究结果表明,钢渣、沸石和石灰石分别经2 mol/L AlCl3、2 mol/L NaOH及2 mol/L AlCl3、0.5 mol/L AlCl3溶液改性后,磷素吸附量达到最高值(0.272、0.0801和0.351 mg/g),而双常数方程能更好地描述优选填料对生活污水中磷的吸附动力学过程,综合考虑填料的吸附效果、成本及来源,改性石灰石是人工湿地处理分散性生活污水时较为理想的除磷填料;此外,填料经铝改后,氮磷吸附效果普遍优于其他改性条件,且Al-P有利于植物直接吸收利用,含铝废水来源广泛,故利用铝改液处理人工湿地填料具有较高的应用推广价值。     

不同曝气参数下间歇增氧垂直流人工湿地脱氮的分层效应

以新型间歇增氧垂直流人工湿地(IA-VFCW)为研究对象,揭示了不同工况对人工湿地污染物去除的分层效应及去除效果的影响。结果表明∶不同曝气参数对细砾石层、煤渣层污染物去除的影响较小;对曝气区、湿地植物区污染物去除的影响较大。当进水${\rm{NH}}_4^ + $-N质量浓度为25 mg·L−1、COD为200 mg·L−1时,细砾石层、煤渣层对${\rm{NH}}_4^ + $-N和TN平均去除率分别为10.8%、9.3%和13.3%、11.6%,两区域中均无${\rm{NO}}_2^ - $-N、${\rm{NO}}_3^ -$-N的积累;细砾石层对COD去除的贡献较大,COD平均去除率为67.2%。曝气区对${\rm{NH}}_4^ + $-N、TN去除贡献较大,${\rm{NH}}_4^ + $-N、TN的最大去除率分别达到69.3%、40.9%,COD平均去除率为25.4%。在低曝停比下,曝气量的增加将提高IA-VFCW对TN的去除性能;在高曝停比下,曝气量的增加会降低IA-VFCW对TN的去除效果,且会造成${\rm{NO}}_３^ - $-N积累。在曝气量2 m3·h−1、曝停比1/3、曝停周期6 h工况下IA-VFCW具有较好的污染物去除效果,${\rm{NH}}_4^ + $-N去除率为94.9%、TN去除率为77.0%、COD去除率为90.0%。IA-VFCW脱氮性能明显优于传统垂直流人工湿地。