电场耦合垂直流人工湿地对农村污水的净化效果及细菌群落结构变化特征

为进一步提高人工湿地处理农村污水效果,构建了耦合电场垂直流人工湿地系统(E-VFCW系统),以昆明市盘龙区长地梗城中村东干渠的原水为处理对象,探究其稳定性及净化效果,通过微生物群落演变特征,揭示其污染物去除的生物学化学机制.结果表明:①与垂直流人工湿地系统(VFCW系统)相比,E-VFCW系统对农村污水的净化效果更高,化学需氧量(COD)、总磷(TP)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)、总氮(TN)处理效果分别提高了7.94%、5.67%、51.14%、27.54%,其中NH_(4)^(+)-N去除率存在显著差异(P<0.05).②E-VFCW系统中,相对丰度排序前三的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria),其相对丰度之和约为80%;优势菌属包括脱氯单胞菌属(Dechloromonas)、黄杆菌属(Flavobacterium)和假单胞菌属(Pseudomonas)等.③冗余分析表明,E-VFCW系统中变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿菌门(Chlorobi)、放线菌门(Actinobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)是COD、TN、TP、NH_(4)^(+)-N净化的主要驱动因素.④秩相关分析表明,电场施加能促进E-VFCW系统中产电细菌假单胞菌(增加4.76%)、氢噬胞菌(增加2.02%)、黄杆菌(增加12.54%)等的富集和积累.研究显示,将电场与垂直流人工湿地进行耦合后,可使产电细菌相对丰度显著增加,可为农村污水治理提供理论指导和科学依据.

复合垂直潜流人工湿地处理分散型农村生活污水工程设计

根据高岙村生活污水的特点,采用“格栅过滤-隔油沉砂池-厌氧水解池-IVCW系统-砂滤池”的模式处理居民居住距离>2km的较分散的生活污水,处理规模为2.3m^(3)/d。结果表明,该工艺具有处理效果好、投资费用低、景观价值高等优点,能提升农村生活污水处理效率,对有效解决分散型农村生活污水问题具有积极的指导意义。

两种不同基质的垂直潜流人工湿地对尾水的处理效果研究

为提高人工湿地对污水处理厂尾水的处理效率,采用以黄铁矿和砾石为基质的两种垂直潜流人工湿地处理武汉某污水处理厂尾水,研究了不同水力负荷下人工湿地去除污染物的效果,并分析了基质的微生物群落结构。结果表明,在低水力负荷(0.4~0.7 m^(3)/(m^(2)·d))下,两种人工湿地对尾水化学需氧量(COD)、总氮(TN)、NO_(3)^(-)和总磷(TP)具有较好的去除效果;在高水力负荷(1.0~1.3 m^(3)/(m^(2)·d))下,对氨氮去除效果较好。黄铁矿人工湿地对尾水COD、TN、NO_(3)^(-)和TP的去除效果好于砾石,分析基质微生物发现,黄铁矿人工湿地中反硝化脱氮菌属主要为硫杆菌属(Thiobacillus)和硫氧化菌属(Sulfurifustis),相对丰度分别为16.68%和4.62%,且硫杆菌属具有提高磷去除能力的功能;而砾石人工湿地中反硝化脱氮菌属主要为类固醇杆菌属(Steroidobacter),相对丰度为4.56%,采用黄铁矿为基质后,人工湿地中的脱氮除磷菌丰度和多样性升高,有利于人工湿地对尾水的脱氮除磷。黄铁矿人工湿地出水存在SO_(4)^(2-)含量偏高的现象,建议工程应用中在人工湿地底部填充黄铁矿以达到出水SO_(4)^(2-)含量降低的目的。

复合垂直流人工湿地基质理化性质对nirS和nirK型反硝化菌多样性的影响

深入研究复合垂直流人工湿地基质理化性质及其对相关脱氮反硝化微生物的影响,可为解析人工湿地污水处理及提高脱氮效率提供理论依据。2020年12月采集贵州喀斯特地区复合垂直流人工湿地4口池(一级垂直流下行池、一级垂直流上行池、二级垂直流下行池、二级垂直流上行池)的基质样品,用Illumina高通量测序技术获得反硝化功能基因序列,分析其种群组成和多样性特征,并采用冗余分析揭示反硝化菌群落与基质理化性质之间的相关性。结果表明,复合垂直流人工湿地中4口池的基质理化性质存在显著差异;pH在4口池中均呈中性,溶解氧(DO)呈先下降后升高趋势,下行池的基质电导率(EC)均比上行池要高;总氮(TN)、总磷(TP)含量随着人工湿地梯级呈显著下降趋势,未出现厌氧现象;NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N含量在二级垂直流下行池中大量积累并达到峰值。在多样性分析中,nirS、nirK型反硝化菌丰度随着人工湿地梯级呈先降低后升高的趋势,多样性随人工湿地级数逐渐降低,且下行池丰度多样性显著高于上行池。基质中nirS型反硝化菌共5门9属,nirS型为6门14属,变形菌门是nirS、nirK型反硝化菌群的共同优势菌门,相对丰度为55.36%~65.72%、30.06%~45.66%。nirS、nirK型反硝化菌共有OTUs数分别为392、245,并与反硝化菌群OTUs数目趋势一致,从多角度表明nirS型反硝化菌群丰度明显高于nirK型,且共有OTUs占有率高达41.6%和41.7%,表明各级池中反硝化菌群相似度较高。冗余分析表明基质中nirS和nirK反硝化菌群的构建主要受pH、NH4+-N、DO、TP、TN影响,且nirS型对pH、nirK型对NH4+-N的响应更为强烈。

基于AHP-FCE法的垂直潜流人工湿地堵塞影响评价

堵塞已成为限制人工湿地健康长久运行的关键问题。应用AHP-FCE法构建了垂直潜流人工湿地堵塞影响因素综合评价体系,从水质特征、工艺参数、管理措施和环境条件4个方面共选取了17个评价指标,并划分了湿地堵塞指标评价标准。以容城人工湿地为研究案例,结果表明:容城湿地的堵塞评价结果为“良”,具有较好抗堵塞能力,其中,固体悬浮物、布水集水方式及植物管理等指标在抗堵塞方面处于较优水平,可根据进水水量水质变化适当增加间歇运行频次、减小水力负荷或增设预处理措施等方式来降低湿地堵塞风险。评价结果反映了湿地堵塞风险情况,可为缓解堵塞问题提供参考。

垂直潜流人工湿地在处理西北农村生活污水中的应用

采用垂直潜流人工湿地处理西北祁连山内陆地区农村生活污水,将两级湿地串联,通过植物搭配、分块运行、出水回流,外加保温暖棚等手段,解决了西北祁连山内陆地区农村生活污水氮素含量高、水量随季节变化大、冬季处理效果不佳的问题。监测周期内,湿地出水水质COD、NH_(3)-N、TN、TP平均浓度分别为35、18.6、24.9、0.76mg/L。目前出水水质满足甘肃省农村生活污水处理设施水污染物排放标准(DB62/4014-2019)一级标准,出水作为生态用水用于绿化养护。湿地建设费用为78万元,运行费用经核算为0.45元/m^(3),有效破解了西部干旱地区农村生活污水处理和生态用水资源短缺的难题,实现了农村生活污水的减量化、资源化,达到了经济社会和生态环境效益的相统一,具有推广使用价值。

垂直流人工湿地系统净化污水厂尾水脱氮效果

以污水厂尾水作为处理对象,将椰棕-陶粒(实验组1,YTCW),砾石-陶粒(实验组2,LTCW),砾石-石英砂(对照组,CCW)组合基质的垂直流人工湿地作为研究对象,探究不同组合基质人工湿地在冬、夏两季对模拟污水厂尾水的氮污染物去除效果和转化机制.结果表明,夏季3组人工湿地装置对于氨氮、硝氮都有较好的去除效果和较低的氧化亚氮释放通量;冬季实验组氨氮和硝氮去除率与对照组相比分别提升了23.8%、26.9%和32.2%、34.0%,且典型周期内氧化亚氮的平均释放通量由1.17mg/(m^(2)·h)降低为0.18mg/(m^(2)·h)和0.03mg/(m^(2)·h);高通量测序分析结果表明,相较于对照组,陶粒和椰棕作为人工湿地基质可以提高脱氮功能微生物的相对丰度,从而改善低温人工湿地脱氮效果下降的问题.

固液分离塔-垂直流人工湿地技术处理池塘圈养尾水的应用研究

为有效减少池塘圈养尾水的污染负荷,提升养殖水环境质量,研究对调查了池塘圈养殖中期(8—10月)池塘圈养尾水污染物含量特征进行了检测,评估了固液分离塔和垂直流人工湿地单元对池塘圈养尾水处理能力,并分析了固液分离塔-垂直流人工湿地工艺净化养殖尾水水体的效果。研究结果表明,池塘圈养尾水中总氮(TN)和总磷(TP)浓度分别为12.65—15.12和4.74—6.89 mg/L,铵态氮(NH_(4)^(+)-N)和亚硝态氮(NO_(2)^(-)-N)浓度分别为3.91—5.03和0.26—0.41 mg/L。固液分离塔沉降1h后,池塘圈养尾水中TN和TP平均去除率分别为35.05%和62.85%,沉降后联合垂直流人工湿地,通过进水COD/N调节DO浓度改善间歇曝气人工湿地,NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N和可溶性磷酸盐(PO_(4)^(3-)-P)出水平均浓度分别为0.45、0.02和0.48 mg/L,TN和TP平均去除率可达到68.04%和81.49%,可基本实现池塘圈养尾水的循环利用或达标排放。

垂直流人工湿地间歇运行与连续运行规律对比分析

垂直流人工湿地通过两年连续运行和间歇运行研究,对比不同运行状态的水体净化情况。垂直流人工湿地在不同运行状态下,对水体中的化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a指标进行分析,最终确定一种适合该垂直流人工湿地长期运行的方式。根据分析可以确定间歇运行状态能够满足进一步净化河道水体且出水水质达到地表Ⅳ类以上标准,同时还能有效降低泵站运行成本。文章得到的各指标净化规律和受雨季等因素影响结论,可作为其他湿地同期运行的借鉴参考资料,结合共性问题能够有效的采取适当的措施,保证水体净化效果的同时更好的营造生态景观效果。

模拟垂直流人工湿地不同木本植物根际细菌群落特征

为探讨植物种类对人工湿地中根际细菌群落结构特征分布的影响,以7种木本植物细叶水团花(Adina rubella)、南川柳(Salix rosthornii)、白棠子(Callicarpa dichotoma)、夹竹桃(Nerium oleander)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis)、水蜡(Ligustrum obtusifolium)、大叶女贞(Ligustrum lucidum)为研究对象,运用16S rRNA细菌高通量测序技术,探究垂直流人工湿地木本植物根际微生物群落结构及其主要功能类群。结果表明:细叶水团花、水蜡根际菌群的多样性、丰富度与均匀度均高于其他5种植物,其根系能够更好地富集微生物。门水平上,变形菌门、厚壁菌门是木本植物平均相对丰度较高的门,其次为绿弯菌门、放线菌门和蓝藻门;属水平上,乳杆菌属、片球菌属、地杆菌属为木本植物的共有优势菌属;大叶女贞、白棠子、夹竹桃菌落组成差异显著,乳杆菌属、片球菌属、乳球菌属是引起7种木本植物样本间菌落差异的关键物种;7种木本植物根际硝化功能菌属丰度普遍较低,相对丰度范围为0.11%—1.06%;反硝化功能菌属的相对丰度范围为3.51%—10.40%,水蜡对于反硝化功能菌属的富集能力最强。基于实验得出,在模拟垂直流人工湿地条件下,根系水淹处理的木本植物为微生物反硝化作用营造了适宜的厌氧条件,使反硝化细菌在木本植物根际大量富集,供试的7种木本植物在适应水淹缺氧逆境胁迫的同时,仍能够保障人工湿地系统的氮去除能力。

正交试验优化垂直潜流人工湿地实现短程硝化

采用垂直潜流人工湿地(VSFCW)处理生活污水并实现短程硝化.将温度、pH值、溶解氧(DO)、HRT分别控制在:(30±2)℃、(8.4±0.2)、(1.5±0.2)mg/L、12h的条件下,COD去除率与NH4+-N去除率(ARE),亚硝酸盐积累率(NAR)分别为73.14%、98.51%、65.18%.向VSFCW中投加羟胺(NH2OH),来进一步提高NAR.通过设计4因素5水平正交试验获取NH2OH浓度、DO、温度、pH值的最佳控制条件.在本试验中,方差分析结果表明:NH2OH浓度和温度对NAR的影响极其显著(P≤0.01).DO与pH值对NAR的影响不显著(P>0.05).对方差分析结果进行优化验证,当投加1.0mg/L的NH2OH时,即使温度从30℃降低至23℃,NAR仍可达到89.15%.COD去除率与ARE为75.67%与88.76%.Nitrosomonas的丰度从1.62%增长至4.06%,Nitrospira的丰度从1.65%降至0.95%.

复合垂直流人工湿地真菌群落与基质微环境的关系研究

采用Illumina MiSeq高通量测序技术对喀斯特地区复合垂直流人工湿地中基质微环境的真菌群落结构与多样性进行测序与分析,以探究真菌群落与基质微环境之间的关系,为复合垂直流人工湿地的维护、高效脱氮以及周边生态环境的改善提供依据。结果表明,各级湿地基质微环境对真菌群落特征表现有显著影响,土壤真菌多样性及丰度呈现出了先减小再增加的趋势。优势菌门为子囊菌门(Ascomycota)、罗兹菌门(Rozellomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、壶菌门(Chytridiomycota),数量占80%以上。此外,孢霉菌门(Mortierellomycota)与单毛壶菌门(Monoblepharomycota)也占有一定比例。从一级垂直流下行池至生物稳定塘的过程中,各级湿地的不同导致属水平真菌群落结构有显著性差异,木霉菌属(Trichoderma)、鬼伞属(Coprinellus)、Paraphaeosphaeria、Aquamyces分别为一级垂直流下行池至、上行池以及二级垂直流下行池、上行池的优势菌属,生物稳定塘的优势菌属是塞伯林德纳属(Cyberlindnera)与口蘑属(Tricholoma)。冗余分析以及斯皮尔曼分析表明,环境因子的不同也是导致各级湿地中真菌群落结构差异的主要原因之一。研究中,影响真菌群落变化的主要驱动因素为pH值、溶解氧质量浓度、氨态氮质量比、硝态氮质量比和总氮质量比,与此同时子囊菌门青霉属菌(Penicillium)、镰刀菌属(Fusarium)与木霉属(Trichioderma)的真菌对复合垂直流人工湿地脱氮起到了一定的作用。

多功能复合型人工湿地平面布局关键技术

人工湿地有多种,本文所说人工湿地是指人工筑成水池或沟槽,底面铺设防渗漏隔水层,充填一定深度的基质层,种植水生植物,利用人工基质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用使污水得到净化。这类人工湿地按照污水流动方式,分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。

间歇曝气对垂直流人工湿地长期性能的影响

构建4个垂直流人工湿地(CWs)系统,其中系统Ⅰ、Ⅱ为陶粒CWs,系统Ⅲ、Ⅳ为河砂CWs,调节各CWs系统的间歇曝气速率,评价其对CWs系统长期运行下污染物去除效果的影响。结果表明,4个CWs系统对化学需氧量和氨氮的去除率分别能够稳定在96%、98%左右。陶粒CWs与河砂CWs相比具有更高的污染物去除能力和稳定性;硝态氮、总氮、磷酸盐去除效果受CWs系统曝气速率和基质组成的共同影响。微生物分析表明,norank Saccharimonadales是各CWs系统硝态氮去除的关键功能菌属。合适的曝气速率和基质类型对于垂直流CWs的长期稳定运行至关重要。

不同填料在高负荷垂直流人工湿地系统中净化能力的研究

选取砾石、沸石、无烟煤、页岩、蛭石、陶瓷滤料、高炉钢渣、圆陶粒8种填料,在较高水力负荷(1000～2500mm·d-1)的条件下,进行垂直流人工湿地模拟柱净化污水实验。结果表明,无烟煤、圆陶粒、砾石具有较好去除有机物的能力,对COD的去除率达到50%以上;钢渣和无烟煤对BOD的去除率达到70%以上。沸石和陶瓷滤料对总氮和氨氮的去除率达到70%以上,其他几种填料对总氮和氨氮的去除率仅为20%左右。高炉钢渣和无烟煤具有较好去除磷的能力,高炉钢渣对总磷和总溶解性磷的去除率达到90%以上,无烟煤对总磷和总溶解性磷的去除率达到60%～70%。孔隙率的变化对垂直流人工湿地的净化能力有显著影响。在垂直流人工湿地处理系统中,通过选择合适的填料,如无烟煤、圆陶粒、沸石,在较高的水力负荷条件下可获得较好的处理效果。

复合垂直流人工湿地污水处理系统硝化与反硝化作用

研究了复合垂直流人工湿地各基质层的硝化与反硝化菌数量以及硝化与反硝化作用强度 .结果表明 ,基质中硝化菌数量为 7 5× 10 3 ～ 1 1× 10 5MPN·g-1,反硝化菌数量为 7 5× 10 6～ 1 1× 10 7MPN·g-1.硝化作用强度为 0 0 1～ 6 35 μg·(g·d) -1,反硝化作用强度为 3 37～ 4 19μg·(g·d) -1.沿水流方向硝化菌数量和硝化作用强度明显降低 ,其变化趋势呈显著正相关 (r =0 96 6 1,p <0 0 0 1) .反硝化菌数量和反硝化作用强度比较稳定 ,沿水流方向略有上升 ,其变化趋势呈显著正相关 (r =0 772 2 ,p <0 0 2 5 ) .沿水流方向 ,硝化作用与反硝化作用强度变化呈显著负相关 (r=- 0 9776 ,p <0 0 0 1) ,这与人工湿地的溶氧状况和污水中氨氮含量较高相一致 .

垂直流人工湿地水力学特点对污水净化效果的影响

通过在污水中加入示踪剂 ,研究了人工湿地的水力学特点及其对污水净化效果的影响规律 .结果表明 ,影响水力学各特点的主要原因是湿地植物根系所造成的物理学和生物学上的效应 .水力学各特点与污水净化效果之间存在着密切关系 :出水快、出水量大的系统具有较好的净化效果 ;除无植物系统外 ,停留时间较长的系统有较好的净化效果 ;容水体积大的系统净化效果也较好 ;水力负荷则主要通过影响其他各水力学特点而影响净化效果 .结果表明 。

不同基质垂直流人工湿地对猪场污水季节性处理效果的研究

研究了3套不同基质垂直流人工湿地小试装置在不同季节处理猪场污水的运行效果.结果表明,垂直流人工湿地对有机污染物的去除效果随季节变化差异不明显,对有机物降解情况可用一级降解模型模拟;传统型湿地系统NH4+-N去除率在各季节稳定在52%,而沸石和沸石-煤渣型系统冬季NH4+-N去除效率分别从秋季的89.8%和93.4%下降至冬季的64.2%和73.5%,春、夏季回升至80%左右.冬季湿地系统中生物硝化与反硝化作用的减弱影响了垂直流人工湿地系统TN的去除;3套不同基质系统中,沸石-煤渣型系统各高度层硝化强度均为最高,沸石型和沸石-煤渣型系统的反硝化强度明显高于传统型系统,与实际运行过程TN去除率变化相吻合.采用沸石作为基质有利于系统的反硝化进程和TN的去除.垂直流系统对TP去除率随季节性变化波动不显著,但随着垂直流人工湿地系统的运行,基质层对TP的吸附逐渐饱和,去除效率明显下降.

复合垂直流人工湿地中基质生物膜的特性

从基质生物膜量、生物膜厚度和脱氢酶活性等方面研究了以复合垂直流人工湿地中基质颗粒作为附着生长载体的生物膜的特性。结果表明，复合垂直流人工湿地中，基质生物膜的形成时间为40～60d。进水水质不同，基质生物膜的形成时间有差异，进水中相对高的营养水平有利于基质生物膜的积累，60d内形成的稳定生物膜量相差1．59倍；生物膜活性也较大，平均相差1．5倍。不同发育程度的生物膜表现出的活性不同，最佳活性厚度为150um。人工湿地中不同层次基质生物膜厚度差异显著，最表层0～5cm层次基质生物膜厚度2～3倍于10cm以下层次，为最佳活性厚度的3～4倍，其生物膜的过量积累不仅不利于处理效率的提高，且易造成人工湿地的堵塞。

垂直流人工湿地系统中不同组合填料净化能力研究

在较高水力负荷(1～2.5 m/d)下,选取沸石、无烟煤、蛭石、高炉钢渣、生物陶粒等5种填料,采用不同组合方式构建了4个模拟垂直流人工湿地并处理污水。结果表明:组合填料的种类、装填顺序和装填方式对净化效果产生了较大影响;与单一填料相比,4种组合填料对COD的平均去除率都有所提高,对BOD5的净化能力则略有降低;由上至下依次填充无烟煤、生物陶粒、沸石的组合填料具有较好的脱氮功能,对TN和NH4+-N的平均去除率分别达到85%和91%;由上至下依次填充无烟煤、蛭石、钢渣的组合填料具有较好的除磷功能,对TP和TDP的平均去除率均可达到85%以上;钢渣在组合填料中所处位置对除磷效果有较大影响;与分层布置组合填料相比,不同填料进行简单的掺混后,其净化能力要弱于单一填料的。