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。

两级垂直流人工湿地处理农村生活污水的应用

以广西贵港、百色的农村生活污水处理项目为例,介绍以两段垂直流人工湿地为核心的处理技术在农村生活污水处理中的工程应用情况,以及工艺设计参数、运行效果、经济指标及环境效益分析等内容。实际运行结果表明,该工艺具有良好的去除效果,对COD、NH_(3)-N、TN和TP的平均去除率分别达85.3%、96.9%、57%、60%,出水水质指标均达到广西地方标准《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB45/2413—2021)一级标准。每套设施总建设费用约为37万元,设备运行费用仅为0.55元/m^(3)。该处理工艺具有处理效果好、操作运行和维护简单、运行成本低等优势,适用于农村地区分散型生活污水处理应用。

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。

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。

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。

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。

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。

复合垂直流人工湿地污染物去除效率影响研究

为了探讨不同水力条件和挺水植物布设方式对复合垂直流人工湿地污染物去除效率的影响,搭建人工湿地中试,采用单因素实验法,研究不同条件下水体中有机物、氮、磷的净化规律。结果表明:在表面积一定的前提下,进水流量较小、水深较深,脱氮除磷效果较好;有机物去除效率随着水力停留时间的增加呈现先减小后增大的趋势。综合工况条件复合垂直流人工湿地在进水流量为200 L/(m^(2)·d),水力停留时间为72 h,水深为1.5 m的条件时有机物、氨氮、总磷的去除效率可达到69.20%、73.68%、90.64%,出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2022)中Ⅲ类水标准。该条件下,千屈菜和芦苇的种植布设方式采用10株/m 2和6株/m 2时去除效率较高。

垂直流人工湿地的设计及净化功能初探

阐述了垂直流人工湿地小试系统的设计 ,并测试其冬季污水净化效果 .垂直流人工湿地由下行流和上行流方式的两池组成 .对受污染地面水体中的CODCr、BOD5和TSS的去除率分别为 5 3.6 %、78.7%和 80 .2 % .对细菌、总大肠菌、粪大肠菌和藻类的平均去除率分别达 99.4%、85 .9%、89.7%和 97.7% .对KN、NH+ 4 N和TP的平均去除率分别为 39.2 %、16 .5 %和 2 5 .8% .各系统对污染物的去除作用无明显差异 .系统出水NO-3 N浓度高于进水 ,而有植物系统中又高于无植物的对照 ,表明湿地植物的存在有利于硝化作用 .表明下行流 上行流人工湿地在冬季仍能较好地改善水质 ,是一种有效的水处理技术 。

堵塞对复合垂直流湿地水力特征的影响

复合垂直流人工湿地系统(IVCW)堵塞后其水力特征会发生变化,通过示踪剂对小试和中试系统堵塞前后的水力特征进行了研究。结果表明,堵塞后IVCW出水流量减小,小试系统实际停留时间由堵塞前21.3h延长至32.5h,中试系统实际停留时间从19.4h延长至26.8h。IVCW堵塞后容易造成下行池表面积水,既恶化了卫生条件又降低了系统的处理能力。

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 .

复合垂直流人工湿地污水氮的去除效果研究

采用复合垂直流人工湿地(IVCW)系统,研究了系统内部水流方向上各态氮和其它理化参数的变化。结果表明,复合垂直流人工湿地中,硝态氮、亚硝态氮、溶解氧和pH沿水流方向逐渐减小;总氮去除率为43.63%,可使劣Ⅴ类水的总氮指标降至Ⅲ类;氮的去除主要发生在下行池,上行池因溶解氧低、有机碳不足和系统向水中释放氮的原因,脱氮效果不明显。

垂直流湿地处理低浓度生活污水的水力负荷

在5种水力负荷条件下,采用连续进水、间歇排水的运行方式,对2种垂直流湿地处理低浓度生活污水的去除效果进行了研究.结果表明,在水力负荷为0.085,0.106,0.141,0.212m3/(m2d)的条件下,多层填料(1#)湿地和双层填料(2#)湿地对CODCr和NH4+-N的去除无明显差异,出水CODCr和NH4+-N浓度均低于30mg/L和5mg/L.两垂直流湿地CODCr净化负荷与有机污染负荷之间呈显著的正相关关系(n=4R2>0.98).垂直流湿地中氮的去除主要是依靠微生物的硝化和反硝化作用;进水水质、水力负荷和温度等影响湿地系统硝化和反硝化作用的进行,水力负荷为0.141m3/(m2d)时,总氮(TN)去除效率与有机污染负荷呈正相关.

复合垂直流构建湿地基质酶活性与污水净化效果

构建湿地是 2 0世纪 70年代兴起的处理污水的生态工程 ,由于其具有建造、运行和日常管理费用低廉 ,处理效果稳定 ,且适用面广 ,越来越受到世界各国的重视。这种污水处理技术在发展中国家有着十分广泛的应用前景。本文研究与揭示了复合垂直流构建湿地基质中的磷酸酶和脲酶活性及与污水净化效果的关系 :1不同类型湿地基质酶活性不同 ,甚至不同月份的酶活性也不相同。2不同深度基质中的酶活性是不相同的。 3基质磷酸酶的活性与复合垂直流构建湿地对污水中总磷 ( TP)、无机磷 ( IP)以及化学需氧量 ( CODCr)的去除率有很显著的相关关系。 4脲酶的活性与凯氏氮 ( KN)的去除率相关性极显著。这些为利用酶活性强度作为评价净化效果和挑选合适湿地植物的指标提供了理论依据。

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 。

水平流-垂直流复合人工湿地系统对污水的净化效果研究

采用人工处理池,将水平流与垂直流湿地系统组合成复合式人工湿地处理系统,研究了此系统在停留时间为5d时对城市污水的净化效果。结果表明,水平流-垂直流复合人工湿地系统处理效果相当稳定,其对化粪池出水中COD,BOD5,TP,TN,SS的平均去除率分别为72%,80%,83%,33%和60%以上。而种植系统去除效果明显高于无种植系统。

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.