处理含油地表水体的潜流湿地填料筛选及其性能评价

采用包括填料表面微观特征、元素构成、吸附性能、微生物附着生长性、经济性等因素的填料性能评价方法,对处理含油地表水的潜流湿地填料进行评价与筛选.静态吸附试验表明,各种填料对磷的吸附能力为炉渣＞陶粒＞沸石＞砾石＞砖块＞卵石,对石油类的吸附能力为炉渣＞陶粒＞砖块＞沸石＞砾石＞卵石;动态吸附试验表明,各种填料床对石油类的去除效果为炉渣床＞砾石床＞湖泊底泥床;放置在污染水体中的填料表面微生物总数和烃降解菌数量为砖块＞沸石＞砾石,陶粒和炉渣＞卵石.根据上述评价结果,选择总体性能较好的砾石、炉渣、砖块和沸石作为潜流湿地现场试验系统的填料.     

处理微污染河水的人工湿地中磷的去除特征及吸附形态分布

通过在野外条件下构建两座潜流人工湿地,考察了湿地对微污染水体中磷的净化效果,以及湿地填料对4种主要形态磷的吸附特征.结果表明,湿地对总磷(TP)的平均去除率在30％左右,颗粒性总磷(STP)去除比例略高于溶解性总磷(DTP).两个湿地中TP的出水负荷随其进水负荷的升高线性增大,而磷的单位面积去除负荷与进水负荷呈对数关系,迸水负荷超过1000 g·m-2·d-1后,去除负荷没有发生明显变化.4种主要形态磷的吸附量关系表现为钙镁磷(Ca/Mg-P,12582和11052 mg)＞铁铝磷(Fe/Al-P,5312和5750 mg)＞弱吸附磷(Plabile-P,2054和1207 mg)＞腐殖质磷(Humic-P,-362和-136 mg).湿地3层填料对Humic-P和Plabile-P的吸附能力有限,且伴有解吸现象,而Ca/Mg-P和Fe/Al-P的吸附主要发生在卵石和碎砖层,碎石层对湿地中磷的去除贡献较低.栽种植物对湿地中填料对磷的吸附影响较小.     

微污染饮用水源水潜流人工湿地预处理的效能研究

以济南玉清湖水库为例,采用水平潜流人工湿地系统对沉砂后的微污染黄河水进行了预处理试验,考察了湿地系统对污染物的去除效率及其变化趋势.同时,根据实验数据,构建了潜流人工湿地系统COD、TN、TP的一级动力学模拟方程.结果表明,水平潜流人工湿地系统对COD、TP、TN和NH4+-N的平均去除率分别为49.89%、50.44%、53.41%和48.45%;人工湿地对污染物的处理是物理、化学和生物及其协同作用的过程.人工湿地沿程及不同高度污染物浓度变化试验结果表明,人工湿地系统对污染物的降解沿人工湿地水流方向逐渐降低,污染物主要在人工湿地床体前部被去除,潜流人工湿地床体上部对污染物的去除效果更好.     

潜流人工湿地填料及其去除污染物机理研究进展

填料是人工湿地特别是潜流人工湿地床体的主要介质,是湿地物理、化学、生物作用发生的主要载体,对湿地去除污染物的效果有决定性影响。从填料的来源、物理性质、化学组成等方面对实际应用中常见的天然产物类填料、工(农)业副产物类填料和人工制备类填料进行综述,总结了填料对水中污染物的主要去除机理,包括吸附-共沉降、离子交换、缓释碳源-电子供体、氧化还原作用;讨论了潜流湿地填料对氮、磷、重金属污染物的去除能力,并对比了不同填料的污染物去除效果;最后对潜流湿地填料选择和今后相关领域研究方向进行了展望,以期为人工湿地和污水处理技术进一步发展提供相关科学指导和理论依据。     

炉渣填料组合潜流湿地对不同污染程度河水处理效果研究

利用炉渣作填料的水平潜流(HFCW)+垂直潜流(VFCW)组合而成的人工湿地系统处理污染河水,研究了不同进水浓度时湿地系统对河水中有机物和氮磷营养物质的去除效果。结果表明:在满水位运行(水深75 cm),水力负荷为0.4 m3/(m2·d)的条件下,组合潜流人工湿地对河水中有机物有较高的处理效率,进水ρ(COD)为100 mg/L左右,去除率稳定在90%以上;同时具有较强的营养物质去除效果,进水氨氮、硝态氮、总磷质量浓度分别为6~12,8~16,3~9 mg/L,氨氮、硝态氮、总磷去除率分别维持在45%、80%、55%以上;垂直潜流湿地复氧效果优于水平潜流湿地,以水平潜流人工湿地作为一级处理单元的组合方式对硝态氮有较好的去除效果。     

潜流人工湿地在处理污染河水的试验研究

利用处理效率较高的潜流人工湿地,在水力负荷和停留时间相同的条件下,选用6种不同的填料和植物组合方式,对某被污染的河流河水进行处理,通过对比,表明不同的组合方式在处理不同的项目时,处理效果亦有很大的差异.就单一的污染物而言,各种填料与植物的不同组合方式在污染物去除率方面可以发现明显的规律性,但综合各种污染物就很难证明哪一种组合方式为最佳组合方式.     

7种人工湿地填料对磷的吸附特性比较

研究了活性炭、牡蛎壳、蛭石、火山岩、煤渣、钢渣和河砂7种人工湿地填料对模拟废水中磷的去除效果。各材料对磷去除率大小为:钢渣>煤渣>牡蛎壳>活性炭>(沸石、火山岩、河砂)。同时对比研究了7种材料对实际生活废水中磷的去除效果,各材料对实际废水中磷的去除率低于对模拟废水中磷的去除率,其中钢渣的去除率最高。7种材料对模拟废水中磷的去除过程均符合准二级动力学关系。选择钢渣、煤渣和牡蛎壳作为人工湿地备选填料,研究不同初始磷浓度、不同粒径下钢渣、煤渣和牡蛎壳对磷去除效果,结果表明,钢渣、煤渣和牡蛎壳对磷的去除率随初始磷浓度和材料粒径的增大而减小。     

人工湿地填料对磷的吸附特性及预期使用年限

试验研究了粗砂、石灰石、钢渣、砂土、页岩、褐铁矿(2Fe2O33H2O)、磁铁矿(Fe3O4)等湿地填料对磷的等温吸附特性。结果表明,Freundlich和Langmuir都能描述上述填料对磷的吸附过程。粗砂、石灰石、钢渣、砂土、页岩、褐铁矿、磁铁矿对磷的理论饱和吸附量分别为18.66mg/kg,80.65mg/kg,1428.6mg/kg,34.84mg/kg,34.97mg/kg,71.94mg/kg和384.6mg/kg。影响填料吸附性的化学成分为Ca,Fe,Al,Mg和Mn。此外分析了填料对磷的吸附机理,预测了钢渣的预期使用年限为14年。     

潜流人工湿地处理地下水TCE污染实验研究

分别构建无植物、宽叶香蒲和芦苇3组潜流人工湿地系统,研究潜流人工湿地对受到TCE(三氯乙烯)污染地下水的处理效果。实验结果表明:无植物湿地系统和芦苇湿地系统的出水TCE去除率波动较大,香蒲湿地系统出水TCE去除率相对稳定,其出水TCE平均去除率为77.7%,最大值为87.5%,最小值为70.7%。对于无植物湿地系统,湿地床中层和下层的TCE去除率相差较大,而该差异在香蒲和芦苇湿地系统中并不明显。在湿地系统中TCE沿水平方向的降解反应基本符合一级反应动力学模型。     

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).     

人工湿地处理污染河水的持续性运行研究

中国北方地区城市纳污河道内的污染河水具有水量、水质、水温季节性变化大的特点,这给人工湿地污染河水处理系统的持续性运行造成很大困难.通过1a多的连续性运行,对潜流人工湿地污染河水处理系统的可持续运行问题进行了系统研究,年平均水力负荷为15 cm/d.结果表明,季节变化对氨氮的去除效果影响很大,夏季氨氮去除效果良好,去除率达70%以上,而冬季水温降低到15℃以下时,氨氮去除率降低到30%以下,但季节变化对COD去除效果的影响较小.人工湿地在夏季雨季时期可以承受较大的短期洪水水力冲击负荷,在100 cm/d的负     

潜流人工湿地处理污染河水冬季运行及升温强化处理研究

考察了冬季潜流人工湿地污染河水处理系统在不同水力负荷下对污染物去除的效果.结果表明,水温15℃左右时,水力负荷由30cm/d降低到15cm/d后,氨氮转化率由14%上升到39%,COD的平均去除率由20%上升到31%,水温的降低对氨氮去除效果有很大的影响.在湿地表面覆盖塑料地膜能有效地提高系统对污染物的去除效果,覆盖地膜后,氨氮平均去除率由29.4%上升到67.6%,COD的平均去除率由29.0%提高到46.6%,脲酶活性由0.025 mg/(g·d)上升到0.037 mg/(g·d),脱氢酶的活性由0.17μL/(d·g)上升到4.54μL/(d·g).微生物活性研究表明,覆盖地膜后系统温度的升高能提高系统中微生物的活性.植物污染物质释放试验表明,冬季地表植物腐烂会向水中释放大量的污染物质,影响系统的净化效果,因此秋季应对湿地植物及时进行收割.     

水量衡算条件下人工湿地对有机物的去除研究

构建了芦苇和无植物2种人工湿地，在系统水量衡算的基础上比较了2种湿地对生活污水中有机物的去除效果。结果证明，在植物收割后的冬季，芦苇湿地对有机物的去除率低于无植物湿地系统约2％；在其他季节，芦苇湿地对污水CODcr的去除率比无植物湿地高出3.3％-5％。但对BOD5的去除率却比无植物湿地低了1.9％-2.7％。因此，芦苇湿地对有机物的去除效果比无植物湿地高，但提高不多。比较了2种系统的氧化还原电位，芦苇湿地比无植物湿地的高（P〈0.05），这种提高主要集中在湿地水面以下约10cm的深度；从整个湿地床体来看。2块连续运行的潜流水平湿地内部氧化还原状态大部分相同。主要是厌氧状态。比较了2种人工湿地基质中降解有机物的细菌，放线菌和真菌的数量，二者没有明显的差别。考察了湿地进水有机负荷与去除量的关系，二者呈现显著的线性相关性（R^2〉0.99）。     

低温季节水平潜流和垂直潜流人工湿地尾水深度处理中试

人工湿地工作效率和作用机制在低温环境下与在适温条件下存在较大差别,为探究水平潜流人工湿地与垂直潜流人工湿地在低温季节进行污水深度处理的效用与机制差异,构建了两组潜流人工湿地,分析其在不同碳氮比(C/N)条件下对有机物、总氮(TN)和总磷(TP)的净化效果,考察了湿地基质表面、植物根际微生物分布差异.结果表明,当进水COD浓度在37.50～80.00 mg·L^-1之间,总氮和总磷浓度在《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准内,以2 m³·d^-1流量连续运行工况下:①水平潜流和垂直潜流人工湿地均表现出稳定的有机物降解能力,且对有机负荷有较强的抗冲击能力;②补充碳源可显著提升潜流人工湿地的去氮效率,添加碳源后,水平潜流人工湿地TN平均去除率高达76.01%,垂直潜流人工湿地TN平均去除率达到71.69%,但碳源的添加对磷的去除无明显影响,并且对水平潜流人工湿地污染物净化效果提升更显著;③分析两种类型湿地基质和植物根际的微生物群落结构发现,变形菌门、厚壁菌门和疣微菌门在两类湿地样品中均表现为优势菌门,两种湿地基质表面样品微生...     

污染物负荷与组成对潜流人工湿地脱氮效果影响研究

为研究污染物负荷与组成对人工湿地系统脱氮效果的影响,在构建小试湿地试验装置的基础上,使用模拟污水进行了TN去除试验．试验的影响因素包括：水力学停留时间,单一污染物负荷量,P（C）：P（N）,TN组成,有机质（以COD计）-氨氮-硝氮比例等。其中,3种污染物最佳比例试验采用正交试验法进行。停留时间试验、单一负荷试验、p（C）：p（N）试验、TN组成试验得到各自的变化趋势,并能够用人工湿地基本理论解释。正交试验确定的3种污染物的最佳比例质量浓度为：有机质：氨氮：硝氮=20：3：3。结论认为．湿地脱除污染物的不同机理是影响TN去除效果根本原因。氨氮的去除主要是依靠好氧微生物的作用．硝氮的去除则主要依靠反硝化菌的作用．并需要充足的碳源。TN组成问题应综合考虑氨氮和硝氮的负荷总量和水力学停留时间,3种污染物对TN去除影响的主次顺序为：氨氮〉硝氮〉有机质．最优方案的理论TN去除率达到92．26％。此外．可能还存在着其它重要的影响人工湿地TN去除率的因素。     

处理低污染水的复合人工湿地脱氮过程

为了解人工湿地处理低污染水的脱氮过程,以洱海流域邓北桥湿地为例,采用水质分析、细菌数量分析与硝化/反硝化强度分析相结合的方法,研究了复合型人工湿地处理低污染河水过程中的氮转化过程及污染物去除效果. 结果表明:在氧化塘-表流湿地-潜流湿地-表流湿地的复合型人工湿地中,ρ(NH₃-N)和ρ(TN)呈逐级降低的趋势,NH₃-N和TN的平均去除率分别可达53.24%和48.21%. 氧化塘和表流湿地的硝化强度显著高于潜流湿地,二级表流湿地中硝酸菌数量和表层硝化强度均为各工艺单元中最高的,分别为93.00×105g-1和8.42×102mg/(m3·h);潜流湿地中ρ(DO)较低,其反硝化作用强度为各单元最高的,其中表层反硝化强度为32.70×102mg/(m3·h),深层反硝化强度为32.09×102mg/(m3·h). 该复合型人工湿地中反硝化的主要单元为潜流湿地.      

潜流人工湿地中氮磷污染物净化的分层效应研究

选定芦苇、小叶章为湿地植物,土壤、炉渣为基质,构建3个小型潜流人工湿地系统,通过间歇运行方式,考察了模拟系统上层、下层中N、P和pH值等指标的变化.结果表明,当水力停留时间为10 d时,小叶章和芦苇湿地上层总氮的去除负荷分别为0.771 g·(m2·d)-1和1.481 g·(m2·d)-1,分别是下层的1.15倍和1...     

垂直流人工湿地系统基质优化级配研究

选取生物陶粒、无烟煤、沸石、钢渣和蛭石为基质,按不同的级配方式填充成基质柱,进行垂直流人工湿地模拟柱净化污水实验.研究表明,粒径分层级配基质对COD的去除率均高于单一粒径基质,其中分层生物陶粒对COD的平均去除率高达72.91%.分层沸石对总氮的净化能力较单一粒径基质有所提高,平均去除率高达91.23%.填充了生物陶粒、沸石和无烟煤的模拟柱对有机物和氮的净化效果和单一基质没有显著性差异(p0.05).填充钢渣和无烟煤的模拟柱出水pH值均在正常范围内,但是除从上到下依次填充无烟煤、蛭石和钢渣的基质柱外,其它填充钢渣和无烟煤的模拟柱对磷素的净化能力都低于单一基质.种植植物对净化效果没有明显影响.在垂直流人工湿地中,针对水质特点选择高效的级配基质,如分层生物陶粒、分层沸石、分层无烟煤以及生物陶粒、沸石和无烟煤组合,在高水力负荷条件下可获得更好的处理效果.     

基于小波神经网络的芦苇潜流人工湿地水质预测

人工湿地系统对污水的处理效果好,工艺简单,投资运行费用低,但影响其出水水质的因素很多,并且往往是非线性的,因此目前很难将这些影响因素模型化并用于水质预测. 已有的预测方法不是过于复杂就是预测精度不高. 神经网络是一种具有较强预测能力的新方法,适用于各种非线性模型的预测. 在小试研究的基础上,使用3种不同的、经过训练的小波神经网络,对芦苇潜流人工湿地沿程各采样口的水温,ρ(DO),pH,Eh和ρ(COD_Cr)等水质指标进行了预测. 结果显示,各指标的平均相对误差分别为:水温≤4.21%,pH≤1.36%,ρ(DO)≤9.77%,Eh≤6.50%,ρ(COD_Cr)≤17.76%,表明小波神经网络模型适用于人工湿地模型的预测.      

潜流人工湿地基质结构与水力特性相关性研究

利用数值模拟方法结合实验手段,研究基质结构与系统水力特性的相关性,数值模拟结果表明,填料渗透系数对人工湿地水力效率影响很大,单层结构人工湿地系统中,填料渗透系数越大,流场分布越不均匀;由上到下填料渗透系数逐渐增加的分层填充方式能有效避免短流及死区的发生,提高系统水力效率.根据数值模拟结果构建两个人工湿地对比小试实验系统,并开展示踪实验对模拟结果进行验证,示踪实验结果表明,分层填充结构水力特性显著优于单层结构潜流人工湿地,二者有效体积比分别为0.87和0.49.可见,数值模拟方法能够有效应用于潜流人工湿地基质结构参数优化方面.