改良A/O-垂直流人工湿地组合工艺深度处理畜禽养殖废水研究

针对畜禽养殖废水成分复杂较难处理问题,将传统A/O工艺与人工湿地装置进行改良并组合,利用人工湿地进行深度脱氮除磷,探究了单独启动时各因素的影响作用,确定和讨论了组合工艺最佳处理能力,并分析了人工湿地系统中微生物群落的功能与结构变化.结果表明:改良A/O工艺HRT为12 h,回流比为150%,气水比为5∶1时,处理效果最为理想;人工湿地在HRT为48 h达到最佳去除效果;在最佳工况条件下,组合工艺处理后出水COD、NH_(4)^(+)-N、TN、TP的分别为10.34 mg/L、1.63 mg/L、13.70 mg/L、0.39 mg/L,出水浓度均达到《陕西省黄河流域污水综合排放标准》(DB 61/224-2018)B标标准;根据物种丰富度及层次聚类分析结果可知,人工湿地第二级上行流优势类群Chloroflexi(绿弯菌门)丰富度为16.7%,表明人工湿地形成局部厌氧环境;第三级下行流优势菌群Firmicutes(厚壁菌门)丰富度为18.2%,其主要担负脱氮除磷作用.

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。

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.

生物转盘耦合垂直流人工湿地对生活污水的净化效果及其微生物群落结构特征

为提高垂直流人工湿地对农村生活污水的净化效率,构建生物转盘耦合垂直流人工湿地系统。以实际生活污水为对象,研究耦合系统对生活污水的净化效果,并采用高通量测序分析其微生物群落结构特征,揭示微生物群落结构与污染物处理效率之间的关系。结果表明:系统对化学需氧量(COD)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)和总磷(TP)的去除率分别为64.97%、86.84%和79.18%,出水平均质量浓度分别为71.70、3.21和0.67 mg·L^(-1);新型湿地系统适于处理COD、ρ(NH_(4)^(+)-N)和ρ(TP)分别为<250、30~50和<2 mg·L^(-1)的生活污水,且24 h为系统最佳运行时间;2个系统中不同填料区微生物种类无较大差别,相对丰度差别较大,共有的优势菌门、优势菌纲和优势菌目分别有5、8和10类,系统中除氮微生物主要为氢噬胞菌属(Hydrogenophaga)、假单胞菌属(Pseudomonas)等,除磷功能微生物主要有假单胞菌属、脱氯单胞菌(Dechloromonas)、不动杆菌属(Acinetobacter)、红球菌属(Rhodococcus)等;细菌群落影响污染物的去除,NH_(4)^(+)-N、TP和COD去除率与变形菌门和蓝细菌门呈显著正相关,TP浓度与绿弯菌门、COD与绿菌门呈显著正相关(P<0.05);各污染物主要在火山石区、沸石区被去除。研究结果明确了生物转盘耦合垂直流人工湿地微生物群落结构特征及其与污染物去除之间的关系,可为进一步提高人工湿地的处理效率提供科学参考。

光催化、电场、磁场耦合垂直流人工湿地对生活污水的处理效果及微生物群落组成特征

为提高人工湿地对生活污水中污染物的有效去除,强化工艺耦合人工湿地已成为近年来的研究热点,通过构建的光催化、电场、磁场耦合垂直流人工湿地,探究该人工湿地对污水中化学需氧量(COD cr)、氨氮(NH+4-N)、总磷(TP)和正磷(PO 34-P)的去除效果,分析了各单元微生物群落的组成特征。结果表明:加入光催化、电场、磁场后,COD cr、NH+4-N、TP和PO 34-P的去除率分别是71.1%、95.5%、54.3%、52.4%,可提高对COD cr、NH+4-N的去除效果,与普通人工湿地相比,COD cr的去除率可提高8.6%~22.4%,NH+4-N去效率可提高6.3%~30.0%,未能提高TP和PO 34-P的去除效果;光催化单元促进了光能异养微生物蓝细菌门(Cyanobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、集球藻菌纲(Synechococcophycideae)、绿丝菌属(Chloronema)的生长代谢,提升了嗜热型微生物纤发鞘丝蓝细菌属(Leptolyngbya)的活性,电、磁场单元促进了脱氮除磷微生物变形菌门(Proteobacteria)的生长代谢,提升了硝化功能菌不动杆菌属(Acinetobacter)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)的活性。可见,光催化、电场、磁场单元与垂直流人工湿地耦合后,可使光合异养细菌和除氮细菌的丰度增加,提升COD cr、NH+4-N的去除效果,偏高的电、磁场强度可能影响到磷素的基质吸附沉淀作用。

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。

微生物强化不同基质垂直流人工湿地处理模拟初期雨水TN、NH_(3)-N试验研究

针对砂石基质垂直流人工湿地处理初期雨水时,存在TN和NH_(3)-N去除效率低的问题,构建了砂石、沸石基质的垂直流人工湿地系统,接种驯化后的活性污泥,重点关注微生物强化不同基质的垂直流人工湿地处理模拟初期雨水TN、NH_(3)-N的去除效果,并探究微生物强化人工湿地的微生物群落结构。试验结果表明:采用沸石作为湿地基质的人工湿地脱氮能力强,在接种污泥后,砂石基质的人工湿地对总氮、氨氮的平均去除率分别为63.63%~75.09%、56.49%~72.18%,其平均出水质量浓度为3.76~5.36、2.83~4.57 mg/L。接种污泥后的湿地系统内微生物群落具有较高的多样性和相对丰度。反硝化菌门(Patescibacteria)在湿地系统中具有较高的丰度,有助于提高人工湿地系统的脱氮功能。

水力负荷对改良型垂直流人工湿地降解模拟污水厂尾水效果的影响

为确定改良型垂直流人工湿地降解模拟污水厂尾水的最佳水力负荷,采用生物炭和活性炭改良、微生物强化以及同时添加生物炭、活性炭和微生物改良强化的3套垂直流人工湿地系统,研究了其在3种水力负荷条件下(0.25、0.5和1 m^3·(m^2·d)^-1),对模拟污水厂尾水中污染物的去除效果。结果表明,3套垂直流人工湿地系统均在低水力负荷(0.25 m^3·(m^2·d)^-1)时对模拟污水厂尾水中NH^+4-N、TN、TP和COD的去除率较高,但随着水力负荷的增大其去除率逐渐降低。3套垂直流人工湿地系统对NO^-3-N的去除率均在高水力负荷(1 m^3·(m^2·d)^-1)时较高,且随着水力负荷的变大,其去除率逐渐升高,但去除率的增长幅度变缓;实验证明,生物炭和活性炭改良基质能够提高湿地系统对NH^+4-N、TN、TP和COD的去除效果,并且在低水力负荷时对NH^+4-N、TN和COD的去除拥有更好的改良效果,而对TP去除的改良则在高水力负荷时优于在低水力负荷时。厌氧-异养反硝化菌能够提高湿地系统对NH^+4-N、NO^-3-N和TN的去除效果,并且在高水力负荷时对NO^-3-N的改良效果优于低水力负荷,而在低水力负荷时对NH^+4-N和TN具有更好的改良效果。综合考虑多种污染物的去除效果,确定3套改良型垂直流人工湿地系统的最佳水力负荷为0.5 m^3·(m^2·d)^-1。

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.

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。

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。

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。

复合垂直流人工湿地在奥林匹克森林公园龙型水系的应用

介绍了北京奥林匹克森林公园人工湿地系统的设计,跟踪调查了复合垂直流人工湿地在龙型水系水质改善中的功能和效果。复合垂直流人工湿地系统占地面积为41 500 m2,处理水量为2 600 m3/d的污水处理厂尾水(再生水)和20 000 m3/d的主湖循环水。一年多的运行表明,该系统与其他生态工程的协同作用有效地改善了公园内的龙型水系水质,特别是在奥运期间,在保证了奥运主湖水质良好的同时,为运动员和观众提供了优美的休息环境,取得了良好的生态、环境、经济和文化等综合效益。

复合垂直流人工湿地用于滨湖型校园湖泊水体修复

结合武汉市江汉大学校区内三角湖湖泊水体的水质、水量特征,采用复合垂直流人工湿地工艺对滨湖型校园湖泊水体进行修复处理。该工程兼顾水体修复、生态系统重建与景观改善的功能,湖泊水质得以明显改善。

微型复合垂直流人工湿地处理农村灰水试验研究

针对北方农村家庭生活污水以灰水为主的状况,采用微型复合垂直流人工湿地处理模拟农村灰水。试验结果表明,稳定运行的微型复合垂直流湿地对灰水中COD的去除率为70%,对总氮的去除率为99%。通过从微型湿地不同高度处取样分析,研究了湿地内各形态氮间的降解规律。由于受到灰水中碳源不足和垂直流湿地供氧条件的限制,湿地内的硝化、反硝化作用不充分。通过增加曝气设备和补充天然碳源物质,可明显增强湿地内的硝化和反硝化作用。

复合垂直流人工湿地微生物特征对典型污水的响应差异

污水性质是影响人工湿地微生物特征的重要因子,而微生物对人工湿地污染物净化功能的发挥至关重要.运用两组IVCW（复合垂直流人工湿地）分别处理模拟生活污水和污水处理厂尾水,比较研究两组系统下行流、上行流池的基质酶活性及硝化反硝化强度,并通过脂肪酸甲酯图谱分析系统中的微生物群落结构,以解析人工湿地微生物特征对两种污水的响应差异.结果表明：处理生活污水的IVCW下行流池中脱氢酶、过氧化氢酶、脲酶及硝酸盐还原酶活性均显著高于其他单元,四者平均值分别为其他单元的2.8-4.6、7.9-10.3、19.3-41.7和4.5-10.8倍.处理生活污水IVCW基质的硝化强度是尾水处理系统对应单元的1.4-5.3倍（下行流）和1.3-3.9倍（上行流）,而两组IVCW对应单元基质的反硝化强度之间无显著差异.IVCW下行流池中特征脂肪酸比值及微生物群落结构受污水类型的影响较小,均以厌氧细菌和革兰氏阳性菌为优势菌;上行流池微生物群落结构则受到污水类型的一定影响,真菌的相对丰度较高.两种污水对IVCW基质酶活性和硝化强度的影响高于对反硝化强度和微生物群落结构的影响.

改进型和传统型复合垂直流人工湿地的净化效果研究

通过构建传统型复合垂直流人工湿地系统(Integrated Vertical Flow Constructed Wetlands System:IVFCWS)和改进型复合垂直流人工湿地系统(Improved Integrated Vertical Flow Constructed Wetlands System:IIVFCWS),并在其中分别种植彩叶草-太阳草(Coleus blumei-Tonina fluviatilis:CT)和美人蕉-大水剑(Canna indica-Acorus calamus:CA),以无植物人工湿地系统为对照,比较研究不同植物组合下两种构型的人工湿地系统对生活污水的净化效果。结果表明,IIVFCWS对CODCr、NH4+-N、TN的净化效果显著优于IVFCWS,而对TP的去除效果则是IVFCWS较IIVFCWS强。有植物的人工湿地系统去除污染物的效果较无植物的对照系统好,其中彩叶草-太阳草组合湿地系统的去除效果较美人蕉-大水剑组合的强,分别为:CODCr的平均去除率在80.8%～52.8%之间;NH4+-N的去除率在93.6%～52.3%之间;TN的去除率在96.4%～67.6%之间,TP的平均去除率均达93.6%以上。

两种改进型垂直潜流人工湿地脱氮途径分析研究

通过对两种改进型垂直潜流人工湿地中垂向沿程DO浓度、氨氮浓度以及硝态氮浓度的考察,从pH角度分析了两种改进型湿地中的脱氮途径。试验发现,两种改进型垂直潜流人工湿地均能满足硝化要求,出水氨氮浓度均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A标准,且改进型序批式垂直潜流人工湿地(MCBW)的脱氮能力大于序批式垂直潜流人工湿地(CBW)。此外,通过理论分析和物料衡算得出,序批式垂直潜流人工湿地的脱氮途径主要以传统硝化反硝化为主,而改进型序批式垂直潜流人工湿地中存在着同步硝化反硝化。

厌氧-垂直潜流型人工湿地处理生活污水

保持垂直潜流型人工湿地(VSCW)自身优点,将其设置为5级,利用污水的上、下行流动来复氧,并采用厌氧技术对污水进行预处理,以提高人工湿地的处理效果。结果表明,系统DO沿程下降,栽种植物后得到补充,对COD、TN、NH3-N、TP的总去除率分别达到87.6%、65.9%、76.9%、81.3%,处理后污水能达标排放;厌氧池作用明显,对COD、TN、NH3-N及TP的去除率分别达到26.5%、26.8%、25.3%、41.2%;人工湿地对COD的去除率达到83.6%,由于进水DO含量低,硝化作用不充分,TN、NH3-N的去除率仅达到53.4%、69.1%;TP的去除主要是依靠人工基质的碱性环境,去除率为68.3%;栽种植物后,COD的去除率提高明显,其余增加不多。该系统需提高人工湿地进水的DO来提高处理效果。

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。