垂直—水平流人工湿地系统除污效果研究

以武汉汉阳桃花岛城市面源污染控制示范工程为依托,研究示范工程中垂直—水平流人工湿地系统对生活污水的净化效果。结果表明,在人工湿地水力停留3 d的情况下,垂直—水平流人工湿系统对COD、SS、TP和TN均具有明显去除效果。其中,对COD、SS的去除率主要位于垂直流阶段,对TP和TN的去除率主要位于水平流阶段。水平流湿地中,种植黄花美人蕉的湿地单元对COD、TP和TN处理效果略高于种植鸢尾和红花美人蕉的湿地单元。

复合水平流人工湿地中水生植物净化效果研究

采用2块结构相同的复合水平潜流人工湿地,选用不同的植物组合处理农村富营养化水体,分析2块湿地的净化效果,结果表明:2个复合水平流人工湿地对于TN和NH3-N的去除效果差异明显,而对于COD和TP的去除效果差异不明显。对COD、NH3-N、TN和TP的去除率,种植灯心草—菖蒲和美人蕉—风车草的1号复合湿地分别为29.4%、35.7%、43.6%和65.9%;种植香蒲—美人蕉和美人蕉—风车草的2号复合湿地分别为30.6%、49.2%、58.1%和64.5%;2个湿地通过植物吸收、存储氮量仅占湿地总氮的去除量的8.13%和10.72%,但是植物的存在间接地影响微生物硝化/反硝化,对提高湿地氮去除率具有重要作用。湿地通过植物吸收、存储磷量占湿地总磷的去除量的7.59%和10.25%。湿地脱磷的主要贡献来自基质,而植物的贡献较小。

复合垂直流-水平流人工湿地系统除氮效果的影响因素

复合垂直流-水平流人工湿地系统对NH_4^+-N及TN去除效果的主要影响因素有水力负荷、溶解氧、植物、季节等。研究表明:复合人工湿地系统在1.2、0.8和0.4 m^3/(m^2·d)(高、中、低)3个水力负荷条件下对TN的平均去除率分别为58.28%、61.71%和63.94%,对NH_4^+-N的平均去除率分别为71.71%、59.74%和68.37%;有无充足的氧气对系统中NH_4^+-N和TN的去除效果影响较大,NH_4^+-N去除率从40%~50%提升到80%,TN的去除率从30%提升到70%;有植物的系统对NH_4^+-N及TN的去除率要比无植物的高3%~4%,二者差异不明显(P>0.05);夏秋季节系统对NH_4^+-N的去除率要高于春冬季节,二者具有明显差异(P<0.05),且不同停留时间条件下变化规律基本一致,夏季系统对TN的去除率最高,达86.62%,春季系统对TN的去除率最低,为30%~40%,二者相比有明显差异(P<0.05);温度和氧气是系统去除生活污水中TN和NH_4^+-N最主要的限制因子。

E2-3S在水平流人工湿地中的降解与转化

研究采用同时检测15种自由态雌激素(Free estrogens,FEs)及结合态雌激素(Conjugated estrogens,CEs;包括雌激素手性分子、异构体、单位点及多位点结合的CEs)的方法,探讨目标污染物17β-estradiol-3-sulfate(E2-3S)与其他类型雌激素(包括自由态雌激素与其他结合态雌激素)间的转化关系,研究E2-3S在有/无植物水平流人工湿地(HFCWs)中的降解规律。结果显示:在停留时间为1.5d的工况下,E2-3S在HFCWs进水端基质水平距离0 cm深度15 cm中转化率已达98%,E2-3S可转化为其他雌激素,产物以FEs为最丰富(均占70%以上),植物可以显著提高湿地DO浓度,使FEs残留浓度比无植物CW(U-CW)更低,有植物CW(P-CW)和U-CW对总雌激素去除效率分别为86%和58%;E2-3S的主要转化路径为经硫酯键断裂形成E2再氧化生成E1,其次路径为直接氧化为E1-3S再水解生成E1,少量路径为羟基化形成E3-3S再水解生成E3,此外,E2-3S还可以产生痕量双位取代D-CEs(<总雌激素的5%),且植物系统中存留量更低。

污染物负荷对水平流人工湿地净化效果的影响机制

为了提高水平流人工湿地在乡村污水处理中的适用性,通过小试实验系统研究了污染物负荷与人工湿地污水净化效率间的关系。结果表明:人工湿地对污水中TP、COD和NH4^+-N的单位去除量能够随着进水负荷的增加而呈线性增加,对TN的去除则未呈线性增加。通过冗余分析,得出人工湿地对TN的去除率与进水NH4^+-N负荷、NO3^--N负荷、TN负荷呈负相关,与C/N呈正相关;对TN的单位去除量与进水NH4+-N负荷、NO3^--N负荷和TN负荷呈正相关,而与TP负荷和C/N呈负相关。

污水碳源对复合垂直流-水平流人工湿地脱氮效果的影响

碳源是人工湿地反硝化作用重要的限制因子,提供足够的碳源能够有效地提高湿地系统的反硝化作用,从而提高人工湿地的脱氮效果。考察了以污水碳源作为复合垂直流-水平流人工湿地水平流进水碳源,对系统去氮能力的影响。实验结果显示,添加碳源能使复合人工湿地对TN和氨氮的去除率分别由23.19%、39.57%提高到34.17%和50.4%。当碳源污水(化粪池污水)/硝化处理水(垂直流出水)体积比为1∶4(C/N=1.22∶1)时,系统对氨氮和总氮具有最好的去除效果,且在不同季节具有较强的脱氮稳定性。不同季节加碳源复合系统对氨氮和总氮去除效果差异显著,在夏季去除效果最高可到达66.79%和60.95%。在加污水碳源条件下,增加停留时间对TN去除效果无明显影响,但可以显著提高氨氮去除率;有植物系统比无植物系统去除NH+4-N和TN的效果要好,且夏季提升效果最明显。由此可见,以污水碳源作为复合垂直流-水平流人工湿地系统中水平流部分的碳源,是强化人工湿地脱氮效果的有效手段,但是添加碳源比例、保温措施及植物种植是人工湿地重要的设计参数。

垂直流-水平流复合人工湿地系统对化粪池污水氮磷去除效果

采用垂直流湿地与水平流湿地组合成的复合人工湿地系统对化粪池污水进行处理,研究了该系统对污水中TP、NO3—N及NH4＋—N的去除效果。污水中TP的去除率为72.22%~98.88%,NO3—N的去除率为81.50%~97.12%,NH4＋-N的去除率80.52%~95.27%,出水水质符合排放标准。其中对TP和NH4＋-N的处理后的出水浓度均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。在春季该系统对污水的净化效果明显高于冬季,去除率相差10%左右,而且对低浓度污水的去除率要比高浓度污水更低。该复合垂直流-水平流人工湿地系统对污水的高营养污染物具有明显的净化效果。

水环境生态修复中人工湿地技术比较

介绍了人工湿地的功能和分类,并对表面流人工湿地、潜流人工湿地、单一垂直流和复合垂直流这几种技术的实现原理、技术特点及其相互关系做了详细的比较,同时就水平流、垂直流、混合流人工湿地的构建类型及其运行特征进行了比较,指出应根据实际污水的污染特征、对各处理指标如BOD,COD等的要求以及经济因素等来选择单一式或复合式的人工湿地类型。

不同含量低污染水对人工湿地中细菌的影响研究

探究水平流人工湿地(HFCW)系统处理低污染水过程中,相同COD/ρ(TN)下不同碳氮含量对细菌群落结构的影响。结果表明,进水为较高碳氮含量的HFCW(HF1)和进水为较低碳氮含量的HFCW(HF2)对COD和TN的去除效率具有一定的差异,HF1和HF2对COD的去除效率分别为48.26%和28.89%,对TN的去除率分别为79.06%和81.87%。HF1中细菌的丰富度和多样性均高于HF2,HF1中富集的优势细菌为Chloroflexaceae、Comamonadaceae和Rhodocyclaceae,均具有异养反硝化功能,HF2中富集的优势细菌为Xanthomonadaceae和Rhodocyclaceae,其中Xanthomonadaceae具有自养反硝化功能。COD、NH4^+-N和NO3^--N对HF1中细菌群落的影响大于对HF2中细菌群落的影响,HF1中COD对细菌群落的影响大于NH4^+-N和NO3^--N。

复合人工湿地系统对生活污水的净化效果

将垂直流人工湿地与水平流人工湿地组成复合人工湿地系统,研究了此复合系统对化粪池出水的净化效果。结果表明,当水平流人工湿地的水力停留时间为3d天时,复合系统对COD、BOD5、TP的去除率分别达到73%、66%、87%,并通过垂直流湿地的硝化作用及水平流湿地的反硝化作用,复合系统对TN的去除率达到40%以上。

人工湿地净化尾水效果的研究

采用种有美人蕉(Canna indica)的水平流和垂直流人工湿地对污水处理厂尾水进行处理,通过检测COD、TN、NO 3--N、NH 4+-N、TP等指标分析探讨温度、pH和进水指标等因素对湿地系统净化能力的影响.COD、NH 4+-N、NO 3--N、和TN去除率可分别高达66%、98%、62%和79%,其中NH 4+-N经湿地系统处理后可达到《地表水环境质量标准》(GB 18918-2002)I类标准.TN、NH 4+-N、TP在垂直流湿地系统中的去除率均高于水平流湿地系统,COD在水平流湿地系统中的平均去除率(53.5%)却高于垂直流湿地系统(47.3%).通过对水平流和垂直流湿地净化尾水效果的分析比较,表明垂直流湿地系统比水平流湿地系统在净化尾水方面更具优势.此外,Pearson相关性分析表明人工湿地系统中进水NH 4+-N浓度和气温对TN、NO 3--N和NH 4+-N的去除有显著影响.上述研究结果能为高效运用人工湿地处理污水处理厂尾水提供科学依据和技术指导.

多级人工湿地净化养殖技术

1技术概述人工湿地是通过模拟天然湿地系统结构和功能而建造的、可控制运行的湿地系统,用以对受污染水进行处理的一种工艺,由围护结构、人工介质、水生植物等部分构成。当池塘养殖污水进入人工湿地时,其污染物被床体吸附、过滤、分解而达到水质净化作用。目前应用于污水处理的人工湿地主要有三种类型,一是自由表面流人工湿地,二是水平流人工湿地,三是垂直流人工湿地。

A^(2)O与人工湿地组合工艺处理长三角平原地区农村生活污水的效果

对嘉兴海宁的28座A^(2)O+水平流人工湿地(horizontal flow constructed wetland,HFCWs)和46座A^(2)O+垂直流人工湿地(vertical flow constructed wetland,VFCWs)进行采样,测试了进出水COD、NH_(3)-N、TN、TP和SS,评价了出水稳定性及稳定达标率,比较研究了2种组合工艺对农村生活污水的处理效果及设计和运行问题。结果表明:A^(2)O+VFCWs的出水稳定达标率高于A^(2)O+HFCWs;A^(2)O+VFCWs的出水水质稳定性在冬季较好,但在夏季较差。A^(2)O+VFCWs组合工艺对COD、NH_(3)-N、TN和TP的平均去除率,在冬季为(82.0±18.5)%、(94.8±8.8)%、(49.3±16.8)%和(50.9±16.8)%,在夏季为(72.5±13.2)%、(80.0±16.9)%、(30.0±17.8)%和(30.7±18.9)%,对污染物去除起主要作用的单元是VFCWs。而A^(2)O+HFCWs组合工艺,对COD、NH_(3)-N、TN和TP的平均去除率在冬季为(59.3±21.4)%、(79.1±19.9)%、(42.3±17.3)%和(25.0±10.2)%,在夏季为(62.2±18.0)%、(58.1±30.8)%、(40.6±20.0)%和(28.9±15.7)%,对污染物去除起主要作用的单元是A^(2)O。A^(2)O+VFCWs的A^(2)O单元对TN和TP的平均去除率,在冬季为(20.7±16.3)%和(15.6±10.2)%,在夏季为(20.4±11.9)%和(12.6±13.9)%,而A^(2)O+HFCWs的A^(2)O单元对TN和TP的平均去除率,在冬季为(33.2±16.3)%和(25.0±10.2)%,在夏季为(31.3±24.1)%和(21.9±17.4)%,2种组合工艺中的A^(2)O单元去除效果均不理想,可能与进水碳氮比太低,且排泥少有关。A^(2)O+VFCWs的A^(2)O单元对各污染物去除率明显低于A^(2)O+HFCWs,主要原因是有效容积偏小且溶解氧控制不够。A^(2)O+VFCWs的VFCWs单元对COD、NH_(3)-N、TN和TP的平均去除率,在冬季为(58.8±25.4)%、(61.4±24.4)%、(22.7±8.5)%和(27.4±21.2)%,比HFCWs分别高出16.0%、36.9%、1.3%和9.5%,在夏季为(59.9±25.0)%、(71.6±26.5)%、(38.3±32.8)%和(39.2±32.9)%,比HFCWs高出28.8%、52.6%、10.5%和5.0%,这主要得益于VFCWs较低的设计水力负荷和较低的出水口位置。综合上述结果,建议该县级市从结构和运行2方面着手进行提升改造。