补充碳源强化潮汐流人工湿地脱氮效果的研究

针对人工湿地处理农村生活污水现存问题,构建了以加气混凝土、火山岩和砾石作为组合基质的潮汐流人工湿地(TFCW),探究进水碳氮比(C/N)对其去除污染物的影响;以河南省两种常见的农业废弃物(玉米芯和小麦秸秆)浸出液作为碳源,探究补充碳源对TFCW去除污水中污染物的强化效果。结果表明:提高进水C/N可以不同程度地增强TFCW对化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)的去除率,但对氨氮的去除率影响不显著。玉米芯和小麦秸秆系列固体碳源浸出液前期释碳速率较快,结合浸出液的可生化性与反硝化性能,确定热处理玉米芯浸出液适合作为补充碳源。热处理玉米芯浸出液作为补充碳源能够使TFCW对各污染物处理达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。TFCW在农村地区的运用具备一定可行性,制备的固体碳源浸出液作为TFCW的补充碳源,能为农村地区人工湿地高效脱氮提供一种经济化方案。

潮汐流人工湿地中生物蓄磷的强化及其稳定性

通过改进潮汐流人工湿地(TFCW)的运行方式,开展了TFCW中生物蓄磷作用的强化及其稳定性研究.结果表明,两段进水潮汐流运行方式有利于TFCW中聚磷菌群(PAOs)的富集,进而可强化湿地中的生物蓄磷作用;采用周期性补充碳源的磷移除操作可诱导生物膜中的PAOs充分释磷,避免系统中磷素的过量积累,同时可增加PAOs胞内内源性碳源的含量,强化系统中的生物蓄磷作用并有利于系统除磷效果的稳定;当生物蓄磷/碼移除(PB-PH)周期时长为30d时,TFCW在生物蓄磷过程中的磷素去除率可达96.04%,而其在磷移除过程中的磷素移除率和补充碳源利用率亦分别可达70.45%和98.22%.此时,PAOs的过量吸磷作用成为湿地系统除磷的主要途径.

潮汐流人工湿地处理含双酚A污水

本研究利用潮汐流人工湿地处理技术处理含双酚A污水.研究结果表明,潮汐流人工湿地的最佳淹没反应时间和空床闲置时间均为24 h;在最佳运行条件下,芦苇床湿地对污水中COD_(Cr)、NH_3-N、NO_2-N、NO_3-N、TP、SS各污染物指标的去除效果比香蒲床湿地略高,而对双酚A的去除效果要略低于香蒲床湿地,其中芦苇床湿地对双酚A的去除率在74%—96%之间,香蒲床湿地对双酚A的去除率在70%—83%之间.芦苇和香蒲根际土壤多酚氧化酶活性在1.47—3.19 mg·g^(-1)之间,其中香蒲根际土壤多酚氧化酶活性高于芦苇,芦苇床和香蒲床潮汐流人工湿地系统都适合含双酚A城镇污水的处理.

潮汐流人工湿地处理高速公路服务区污水研究

研究芦苇和菖蒲床潮汐流人工湿地系统对径流污水的处理效果,结果表明SS去除率可达90%以上;总磷的去除率基本维持在50%左右;氨氮的去除率维持在40%-50%左右。重金属去除效果研究中,总Zn的去除效果比对溶解态Zn的去除效果好,其中芦苇床湿地对溶解态Zn的平均去除率为52.74%,对总Zn的平均去除率为62.65%,菖蒲床湿地对溶解态Zn的平均去除率为47.60%,对总Zn的平均去除率为59.15%。根际酶活性的研究结果表明,芦苇根际脲酶活性高于菖蒲,磷酸酶活性受重金属Zn影响较大,Zn对芦苇根际磷酸酶有一定的刺激作用,对菖蒲根际磷酸酶具有一定的抑制作用。

排水速率对潮汐流人工湿地中CANON作用的强化

为强化潮汐流人工湿地(TFCW)中基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)作用,探究了不同排水速率(v_d)下系统中氮素的迁移转化机制与微生物特征.结果表明,v_d可显著影响TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.当v_d由1.00降至0.50L/min时,填料层中逐渐形成较为严格的限氧环境,有利于短程硝化的稳定和厌氧氨氧化菌的富集,进而有助于CANON反应体系在TFCW中形成.而当v_d小于0.50L/min时,填料层中溶解氧相对不足,好氧氨氧化菌活性受到抑制,数量随之减少,CANON作用的强化效果有限,系统脱氮性能受到影响.当v_d为0.50L/min时,TFCW中的CANON作用可得到最大限度的强化,系统脱氮性能达到最佳,其TN和NH_4^+-N的去除负荷分别为(116.79±13.16)和(102.75±4.35)mg/(L·d).对v_d的合理设置可实现TFCW中CANON作用的强化,有利于CANON型人工湿地的构建.

潮汐流人工湿地不同位置脱氮效果及外加碳源对其影响

以潮汐流人工湿地小试系统为研究对象,采用碱处理玉米秸秆作为反硝化碳源补充材料,探讨了潮汐流人工湿地系统不同位置TN、NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N、COD的去除效果及添加碱处理秸秆对其效果的影响。结果表明,潮汐流人工湿地装置各点位之间的NH+4-N平均去除率大小为B>C>A>D;NO-2-N去除率大小为B>C>A>D;TN去除率大小为B>C>A>D;NO-3-N去除率大小为D>B>C>A;COD去除率大小为B>A>C>D。添加碱处理秸秆的装置A、B、C、D各个点位NH+4-N、NO-2-N、TN、NO-3-N平均去除率均大于未添加空白装置,且添加碱处理秸秆的潮汐流人工湿地反硝化速率常数是未添加装置的2.05倍。潮汐流人工湿地NH+4-N、NO-2-N、TN的去除主要发生在中上层;NO-3-N的去除主要发生在底层,其次是中层;COD的去除主要发生在中部砾石层。添加碱处理秸秆可以显著增强潮汐流人工湿地的反硝化作用,提高人工湿地的脱氮能力。

经济植物型潮汐流人工湿地深度净化农村生活污水

研究利用水稻、水雍菜构建经济植物型潮汐流人工湿地,用以处理经"厌氧-缺氧-跌水充氧生物接触氧化"装置处置后的农村生活污水尾水,探讨该组合工艺中潮汐流人工湿地的最佳运行参数,验证经济植物型潮汐流人工湿地深度净化生活污水的可行性,并考察植物吸收对湿地氮磷去除的贡献,为植物的选取提供参考。结果表明:在实验条件下,控制湿地停留时间为12 h,空床时间6h,湿地对氮磷具有较好的去除效果;在进水COD、NH_4^+-N、TN及TP平均浓度分别为67.2、10.7、25.6、1.94 mg/L的条件下,两种植物湿地出水NH_4^+-N、TN含量均达到了GB18918-2002一级A标准,TP含量均达到GB 18918-2002一级B标准;湿地系统收获水稻"常优1号"0.73kg/m^2、水雍菜28.83 kg/m^2,在深度净化污水的同时可获得一定的经济效益;水稻对湿地系统氮磷去除的贡献率分别3.9%和6.8%,水雍菜为18.6%、30.1%,水雍菜较水稻对N、P有更强的去除能力;筛选植物时,在发挥一定生态效应的基础上,应优先挑选生物量大,收获次数多,经济效益高的作物。

潮汐流人工湿地对高污染河水氮磷的去除特性

通过一年半的实验,对比研究了不同运行方式下垂直潜流人工湿地对高污染河水氮磷的去除特性,并分析了各种因素对潮汐流人工湿地(TF CW)脱氮除磷的影响作用。结果表明:潮汐流的运行方式能够提高系统对氮磷的去除效果,其对总氮(TN)、氨氮(NH_4^+-N)、总磷(TP)和磷酸盐(PO_4^(3-)-P)的平均去除率分别为37.6%、51.6%、54.1%和41.4%;系统对氮磷的去除效果表现出显著的四季性差异(P<0.05),系统在夏季的效果最好,冬季最差;且系统对TN、NH_4^+-N、TP、PO_4^(3-)-P的去除与进水负荷有较强的相关性;运用冗余分析(RDA),得出水环境因子对氮磷去除负荷的影响作用,其中TN去除负荷与悬浮性颗粒物浓度(ρ(SS))、碳源浓度、温度(T)呈正相关,且相关性依次增大,而与溶解氧浓度(ρ(DO))则呈负相关性;NH_4^+-N去除负荷与氧化还原电位(ORP)、ρ(DO)均呈正相关,且相关性依次增大;TP去除负荷与pH、ρ(SS)均呈正相关,且相关性相近;PO_4^(3-)-P去除负荷与pH呈正相关,且相关性极为显著。

新型多级潮汐流人工湿地对黄金尾矿库闭库淋溶液中典型污染物的去除

采用多级潮汐流流人工湿地(MSTF-CWs)对黄金尾矿库闭库淋溶液进行处理,选用砾石-沸石为组合填料,平均水力负荷为5.4 L/(m^2·d),运行方式为潮汐流(运行周期8 h)。实验结果表明,当进水COD和NH4^+-N、SCN-、CN_T的质量浓度平均分别为139.9 mg/L和101.3、45.47、0.83 mg/L时,对应出水平均为60.19 mg/L和21.52、8.74、0.046mg/L,平均去除率分别为43.34%和78.14%、64.2%、93.8%;与GB 8978-1996的一级标准相比,NH4^+-N、COD及CNT的达标率分别为40.1%、94.0%及100%。MSTF-CWs对NH4^+-N、COD、SCN-及CN_T的去除负荷分别为1.06、1.04、0.61、0.01 g/(m^3·d)。说明MSTF-CWs可以显著改善黄金尾矿库闭库淋溶液水质,并为尾矿库闭库淋溶液治理提供新途径。

潮汐流人工湿地除污效果和基质酶活性

为探究植物和水位对潮汐流人工湿地净化能力的影响,对无植物和不同水位运行的黄菖蒲湿地除污效果、污染物降解动力学和基质酶活性进行了研究。结果表明,黄菖蒲使总氮(TN)和总磷(TP)去除效果分别提高26.56个百分点和21.35个百分点,低水位使铵态氮(NH^(+)_(4)-N)去除效果提高12.77个百分点,饱和黄菖蒲湿地整体除污效果最佳,化学需氧(COD_(Cr))量、NH^(+)_(4)-N、TN和TP平均去除率分别为89.00%±2.68%、68.08%±2.90%、75.23%±2.81%和94.35%±1.18%。COD_(Cr)、NH^(+)_(4)-N和TP在淹没1 h内高效去除,无植物湿地淹没46 h后会发生磷解析,而TN去除需要较长的淹没时间。无植物湿地、半饱和及饱和黄菖蒲湿地脱氮限制路径分别为硝化作用、反硝化作用和硝化/反硝化协同作用。此外,不同基质酶对黄菖蒲和水位响应不同,黄菖蒲能提高脲酶和磷酸酶活性,这2种酶可作为湿地水质净化效果的评价指标,且脲酶对水位较为敏感。

多级垂直潮汐流人工湿地厌氧氨氧化脱氮研究

采用多级垂直潮汐流人工湿地(MVTF-CWs)处理城市污水处理厂剩余活性污泥厌氧消化液(EAS-ADL),在低C/N条件下,研究MVTF-CWs对典型污染物的去除特征及其厌氧氨氧化脱氮行为,并利用FISH和高通量测序方法分析主要功能微生物。结果表明,在原水COD/ρ(TN)为0.46的条件下,进水NH4+^-N、TN的质量浓度分别为(1 002±71)、(1 003±71)mg/L,平均去除率分别为98.97%和62.64%;进水COD为(456.4±57.7)mg/L,平均去除率为93.22%。MVTF-CWs中第3和第5级对TN的去除贡献最大。第3和第5级湿地单元中存在Anammox菌,相对丰度分别为7.77%和12.14%,而异养反硝化菌占比仅为2.22%和0.22%,表明第3和第5级湿地单元高TN去除主要通过厌氧氨氧化脱氮途径实现。

强复氧潮汐流人工湿地处理生活污水的试验

研究了强复氧潮汐流人工湿地的设计和运行原理,通过潮汐流人工湿地小试装置处理生活污水的试验研究,研究了反应时间、闲置时间和水位等运行参数对生活污水中COD、氨氮等污染物的去除效果的影响。试验结果表明,强复氧潮汐流人工湿地能有效的去除生活污水中的COD、氨氮等污染物,强复氧潮汐流人工湿地对于间歇排水的农村生活水处理是一种较好的处理工艺。

生物炭基质潮汐流人工湿地处理生活污水性能

潮汐流人工湿地是一种新型的污水处理技术,作为人工湿地的重要组成部分,基质的合理选择能够直接影响人工湿地的运行效果。以鸡粪生物炭和玉米秸秆生物炭为基质分别建立潮汐流人工湿地来处理生活污水,并以石灰石基质人工湿地作为对照,考察不同淹没/排水比(8 h/4 h和4 h/8 h)下人工湿地对生活污水中各项污染物的去除性能。研究结果表明:生物炭基质人工湿地对COD、BOD、NH4^+-N、TN和PO4^3--P的去除效率均高于石灰石基质人工湿地,且玉米秸秆生物炭基质人工湿地对各项污染物的去除效果最好,各项污染物去除率分别为(73.6%±2.9%,COD)、(84.8%±6.1%,BOD5)、(84.2%±3.2%,NH4^+-N)、(45.3%±2.2%,TN)和(84.6%±2.8%,PO4^3--P);当淹没/排水比由8 h/4 h改为4 h/8 h时,除PO4^3--P的去除率基本不变外,各组人工湿地对生活污水COD、BOD、NH4^+-N和TN的去除率均有不同程度的升高,且玉米秸秆生物炭基质人工湿地对各项污染物的去除效果最好,各项污染物去除率分别为(80.5%±5.2%,COD)、(92.1%±5.1%,BOD5)、(90.3%±3.2%,NH4^+-N)、(60.3%±2.2%,TN)和(84.7%±1.5%,PO4^3--P);生物炭基质人工湿地对NH4^+-N的去除途径主要为物理吸附和微生物硝化作用,且微生物硝化作用占主导,对PO4^3--P的去除途径主要为物理吸附和微生物好氧吸磷作用,且微生物好氧吸磷作用占主导;生物炭基质中的微生物量要高于石灰石基质,且上层基质的微生物量高于下层基质;在微生物群落中,Clostridiaceae和Nitrosomonadaceae菌群分别承担有机物和NH4^+-N的主要去除,其在生物炭基质中的相对丰富度均高于石灰石基质。

水力负荷和填料对华南冬季条件下潮汐流人工湿地去除氨氮的影响

供氧不足是导致传统人工湿地硝化速率和水力负荷低的关键因素。此外,低温条件下微生物活性下降会进一步加剧该问题。针对上述情况,构建两组供氧能力强的潮汐流实验柱,在华南冬季条件下考察水力负荷和填料对系统NH_(4)^(+)-N去除效率的影响。结果表明,NH_(4)^(+)-N去除负荷与水力负荷成正比。以沸石与碎石混合填充的潮汐流实验柱(TFCW-Z)对NH_(4)^(+)-N的平均去除率(67.20%~77.28%)显著高于以碎石填充的实验柱(TFCW-G)NH_(4)^(+)-N平均去除率(43.23%~51.77%)(p<0.05)。在日平均温度为6~19.5℃,水力负荷为4 m/d条件下,TFCW-Z出水中NH_(4)^(+)-N质量浓度始终低于黑臭水体标准值8 mg/L,此时NH_(4)^(+)-N平均去除率为67.20%,NH_(4)^(+)-N平均去除负荷高达47.96 g/(m2·d),表明潮汐流人工湿地在华南地区黑臭水体治理中具有良好的应用前景。

复合潜流-潮汐流人工湿地基质对微污染水体的净化性能研究

为强化组合人工湿地对微污染水体的修复,构建了两级复合潜流-潮汐流组合人工湿地(IVCW-TFCW1)和一个单独运行的潮汐流人工湿地(TFCW2)。连续运行结果表明:在进水中,COD、NH_(3)-N、TN、TP的平均浓度分别为106.69、9.36、14.36和1.03 mg·L^(-1)的条件下,IVCW-TFCW1能够有效地净化微污染河水,其对COD、NH_(3)-N、TN、TP的平均去除率分别为93.79%、98.62%、77.24%、18.16%。其中,IVCW对COD、NH_(3)-N的去除率达到87.38%和97.29%,二级TFCW1在此基础上进一步净化,使其出水浓度降至6.60和0.13 mg·L^(-1),达到了国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅰ类标准。通过对实验结果的比较,发现不同湿地单元对COD、NH_(3)-N、TN的净化效果均表现为:IVCW-TFCW1>IVCW>TFCW2;对于TP的净化效果:TFCW1>IVCW>IVCW-TFCW1。微生物群落分析结果表明,IVCW中硝化螺菌属丰度显著高于TFCW1和TFCW2。TFCW2中具有除磷作用的黄杆菌属丰度明显高于IVCW和TFCW1,揭示了不同湿地单元微生物进行脱氮除磷机制与净化能力。

潮汐流人工湿地床处理生活污水的优化研究

我国水环境污染日趋严重,传统人工湿地复氧量常小于截留污染物降解需氧量,床体氧环境较差直接影响污水处理效率,且易于堵塞。本研究以探索新型潮汐流人工湿地对污水的高效处理为目的,以室内无植物封闭柱式潮汐湿地床为研究对象,探讨5种不同运行条件下污染物去除能力和复氧效果。结果表明:不同运行条件对悬浮物的去除率影响不大,淹水时间3h,总磷(TP)和氨氮(NH3-N)的去除效果最优,且采用一级反应动力学计算得到的有机物降解常数KBOD最大,有机物降解能力较强。通过对各运行条件系统供氧和理论污染物降解需氧的恒量计算发现,在忽略植物根系泌氧和大气自由扩散复氧的前提下,排空时间3h均满足系统污染物理论需氧量的需求。不同运行条件床体基质孔隙率差别不明显,有机负荷是影响孔隙率变化的主导因素,适当轮休可有效缓解堵塞现象发生,恢复床体水流传导力。

潮汐流人工湿地低温下NH4＋-N去除模型的比较和优化

针对目前人工湿地在低温条件下脱氮效能降低的问题,本研究对每天3个运行周期的潮汐流人工湿地在低温条件下对NH4+-N的处理效能进行研究,同时利用表观动力学模型、多元参数回归模型及Monod机制模型对NH4+-N的去除过程进行拟合.结果显示,在平均水温为9～13℃条件下,每天3个运行周期的潮汐流人工湿地对NH4+-N有良好的去除效果,同时Monod机制模型对NH4+-N的去除过程具有最优的拟合结果,可决系数R2=0.9035.在此基础上,利用修正的摩尔斯分类筛选法对Monod机制模型参数进行局部灵敏度分析,结果表明,在Monod机制模型中,进水NH4+-N浓度为高灵敏参数,其对反应器内NH4+-N的去除影响最大,平均水温(T)为灵敏参数,DO为中等灵敏参数.

铁碳强化潮汐流-潜流复合人工湿地处理模拟养殖尾水的启动运行效果

为探究潮汐流-潜流复合人工湿地对含四环素养殖废水处理效果的影响,本研究构建陶粒(一级系统)和铁碳+陶粒(二级CCW系统)基潮汐流-潜流复合人工湿地(TC组),以及陶粒(一级系统)和陶粒(二级PCW系统)基潮汐流-潜流复合人工湿地(对照组),研究其对模拟养殖尾水的启动运行效果及微生物群落结构特性.结果表明:①加入0.2 mg/L的四环素在一定程度上会抑制人工湿地启动期对污染物的去除,尤其对一级系统的抑制作用更加明显,CODCr、TP、NH_(4)^(+)-N和TN平均去除率分别降低0.59%、1.51%、9.57%和1.97%;②二级CCW系统去除率均高于二级PCW系统,且四环素实验组(TC组)中促进作用更为明显.CODCr、TP、NH_(4)^(+)-N、TN在TC组中平均去除率分别增加5.81%、2.47%、0.91%、1.02%,铁碳填料的加入强化了常规污染物的去除;③TC组和对照组填料表面生物膜差异较小,二级CCW系统较二级PCW系统生物膜附着更为明显,铁碳填料的加入有利于微生物的生长繁殖;④二级CCW系统物种丰富度及生物多样性高于二级PCW系统.变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)作为人工湿地典型菌落,铁碳填料的加入使二者丰富度明显增加,对氮的去除产生积极作用.研究显示,铁碳填料的加入强化了潮汐流-潜流复合人工湿地系统对氮磷的去除,该结果可为养殖尾水的净化处理提供数据支持和一定的理论支撑.

强化总氮去除的改进型潮汐流人工湿地

潮汐流人工湿地（TFCWs）显著强化了氧的传递，能在几十倍于传统人工湿地的负荷下实现非常充分的硝化效果（〉90％），硝化反应已不再是其去除总氮的限制因素。但显著强化的传氧能力使TFCWs在宏观上处于好氧状态，导致反硝化受限，总氮去除不佳。针对此问题，结合传统生物脱氮工艺原理及潮汐流工艺的脱氮特点，提出了3项强化总氮去除的改进型潮汐流人工湿地工艺，即：四级分步进水潮汐流人工湿地工艺、五级内循环潮汐流人工湿地工艺和单级多潮汐人工湿地工艺。以上工艺在保持原始潮汐流人工湿地传氧能力强、处理能力极高的特点下，实现了对总氮的高效去除，平均去除率达到83％～88％。这些工艺还同时实现了高效的有机物[（对COD、BOD，的平均去除率分别为（79％～91％）、（94％～99％）]和总磷（平均去除率为88％～99％）去除，具有成为分散式污水处理中实现三级处理标准的主体工艺的良好潜力。在深入分析潮汐流系统脱氮过程特点的基础上，提出了一个基于氨氮吸附填料的最优化潮汐流脱氮工艺。该工艺理论上能保证进水碳源全部优先用于反硝化，以单级单“潮汐”的形式实现总氮的最大去除。

填料对潮汐流人工湿地中CANON作用强化的影响

为了缩短潮汐流人工湿地(TFCW)中基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)作用的启动进程并进一步提高该作用的强度,探究了不同种类填料下CANON型TFCW的启动性能及其微生物特征.结果表明,填料的理化特性可显著影响脱氮功能菌(尤其是ANAMMOX菌)的富集效果及其活性,进而可影响CANON型TFCW系统的启动进程及其脱氮性能.相较于公分石,陶粒、沸石、废砖块和龙虾壳均可不同程度地提高ANAMMOX菌在TFCW中的丰度与活性,进而可缩短CANON型TFCW的启动时间并提高其脱氮性能.当系统水力负荷为0.96 m^(3)·(m^(2)·d)^(-1)且以龙虾壳为湿地填料时,CANON型TFCW仅需300个运行周期即可完成启动,好氧氨氧化菌(AOB)和ANAMMOX菌为其中的两种优势脱氮菌群,且系统在稳定运行阶段对TN和NH+4-N的去除率分别可达(88.37±1.19)%和(91.03±0.66)%,其次为废砖块、沸石、陶粒和公分石.