生物接触氧化-潜流型人工湿地组合工艺处理农村生活污水的应用案例研究

以浙江省永康市某农村的生活污水处理及灌溉回用工程为例,对“生物接触氧化-潜流人工湿地”组合工艺处理农村生活污水的设计参数、运行效果和工程效益等进行了分析。该工程设计规模为30 m^(3)/d,研究期间实际处理规模12~20 m^(3)/d,出水中TP、NH_(3)-N、COD、BOD5、SS、粪大肠菌群等11项主要指标灌溉期(4月至10月)满足《农田灌溉水质标准》,作为该村苗木基地灌溉用水,非灌溉期(11月至次年3月)出水满足《浙江省农村生活污水处理设施水污染物排放标准》,作为该村荷花种植塘的用水。工程运行期间对TP、NH_(3)-N、COD、BOD_(5)、粪大肠菌群、阴离子表面活性剂、色度、SS和浊度的平均去除率分别为44.3%、65.3%、63.8%、61.7%、76.2%、65.7%、74.2%、54.3%和50.5%。

潜流人工湿地脱氮除磷基质的应用研究及展望

基质的选择直接影响着潜流人工湿地全生命周期及污水处理效果,不同类型的基质对脱氮除磷具有差异性效果。综述了不同类型潜流人工湿地基质的研究现状,分析了其脱氮除磷机理,总结了各类基质的应用效果,展望了天然矿石基质、固体废弃物基质和人工合成基质研究方向和研究重点,以期为潜流人工湿地脱氮除磷基质的研发提供参考。

铁氧化物-二价铁体系在潜流带低渗透区的氧化还原特性研究进展

潜流带是河流与地下水交互的关键带,具有非均质性,其中低渗透区富含的铁氧化物,在污染物的非生物自然衰减过程中发挥着重要作用。本文从铁氧化物和溶解性二价铁Fe(Ⅱ)aq的共存体系出发,评述了该体系的氧化还原能力及影响因素,并以地下水中常见的污染物氯代烃为例阐述了铁氧化物-Fe(Ⅱ)aq体系在氯代烃非生物自然衰减中的作用。指出铁氧化物-Fe(Ⅱ)aq体系的还原能力可用氧化还原电位(Eh)表示,Eh的大小受pH值、温度、溶解氧(DO)、溶解性二价铁浓度、无机和有机配体等因素的影响,可用来定量描述氯代烃等污染物被还原的速率常数。目前铁氧化物-Fe(Ⅱ)aq体系Eh的快速测定、含水层中铁氧化物种类和含量、不同铁氧化物共存和复杂水化学条件下Eh与氯代烃等污染物还原速率常数之间的关系,是准确评估污染物非生物自然衰减能力和程度的重要内容。

渗透系数非均质场对沙丘尺度潜流交换的影响研究

为了研究河床介质渗透系数非均质性对潜流交换的影响,应用随机一阶分析工具,分析潜流交换通量与河床不同空间位置渗透系数的互相关关系以及渗流流速方差的空间分布。结果表明:潜流交换通量与渗透系数之间成正相关关系,且正相关关系最强的区域位于沙丘表面附近;忽略河床非均质性将导致河床浅层位置的流速具有较大不确定性,野外应重点监测河床浅层位置的渗透系数以减小潜流交换的不确定性。

我国中部水网区茭白潜流湿地进出水质和净化性能时变特征

本研究从小集水区角度研究了茭白潜流湿地进出水氮、磷、COD_(Cr)污染和净化性能的时变特征,结果表明,茭白潜流湿地进水氮、磷、COD_(Cr)季节波动大,其中春节期间湿地进水总氮(TN)和总磷(TP)最高,其次是农田施用化肥后产生地表径流的首月,中等降雨量下湿地进水COD_(Cr)浓度高于强暴雨下的浓度。受沉淀池的调节缓冲,湿地进水氨氮(NH_(3)-N)和硝态氮(NO_(x)^(-)-N)秋季最高,其次是春节后。湿地对小集水区氮、磷、COD_(Cr)冲击负荷均具有良好的缓冲能力和净化性能,TP、TN和COD_(Cr)平均去除率分别为(82.1±10.5)%、(72.9±8.1)%和(65.6±6.2)%;秋冬季过渡期间,因微生物降解和基质吸附的协同作用使得植物吸收氮磷的季节拐点不明显;冬季湿地具有耐受中部水网区低温的能力。不过冬季低温易于引起潜流湿地内有机氮分解转变为NH_(3)-N后被沸石等基质吸附而发生积聚,同时较长水力停留时间(HRT)下因有机质分解耗氧引起环境厌氧的加剧。此外,冬季出水溶解有机磷(DOP)比例增加。该潜流湿地可有效提升村镇面源污染排水水质,改善乡村水环境,但对上述受季节影响较大的时变因素应加强管控。

基于数值模拟的水平潜流人工湿地结构优化研究

水平潜流人工湿地被广泛应用于城市和农村地区,为了缓解水平潜流人工湿地发生堵塞的时间,提升其水力学性能,建立了水平潜流人工湿地试验系统,利用数值模拟构建其水力模型,并基于此进行结构优化,研究了挡板设置对试验系统的流场和颗粒累积效果的影响。结果表明,设置挡板能够有效提高颗粒物的沉积效率,且垂直挡板效果更好(彻底堵塞发生时间延长了15%,水力效率提升21%)。说明在进行水平潜流人工湿地结构设计时,增设垂直挡板可以有效缓解物理堵塞时间,改善水力性能。

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。

热示踪在潜流带中的研究进展

潜流带是地表水—地下水生态系统中的重要部分,它对供水滞洪、水污染控制、河流生态保护均具有巨大作用。在潜流带的研究中,热示踪技术可以很好地应用于渗流速度、有效热扩散系数等参数估计,揭示潜流带中的物质与能量交换的过程。热示踪有着装置布置简单、环境效益友好、时间跨度优越等优点。传热机制作为热示踪基础理论中的重要部分,在以往国内的研究中缺乏深入的阐述。本文以传热机制为切入点,介绍不同河道中热传递方式的差异,简述传热方程及历来研究中解析解、数值解发展,最后探讨该技术面临的挑战及未来可能的发展方向。

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.

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。

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。

潜流人工湿地对实际农村生活污水的净化效果

农村生活污水处理已成为当前生态环境保护工作的重点。结合农村生活污水排放特征,人工湿地技术是处理农村生活污水的理想选择。本研究采用潜流人工湿地处理实际农村生活污水,探讨了系统对污染物的净化效果。结果显示,潜流人工湿地对实际农村生活污水中化学需氧量(COD)和氨氮(NH_(3)-N)去除效果良好,但对磷酸盐(PO_(4)^(3-)-P)和总磷(TP)去除效果欠佳。因而,在应用潜流人工湿地处理农村生活污水时应着重提升系统对磷酸盐的去除效果,确保出水达标排放。

潜流式人工湿地中农村生活污水处理设施尾水的微生物特性

农村生活污水经A1/O1/A2/O2设施处理后流入潜流式人工湿地(简称人工湿地),为揭示其生物降解特性,通过脲酶活性和微生物扩增子测序对人工湿地微生物特性进行分析。结果表明,人工湿地进水处的脲酶活性高于出水处的脲酶活性,出水处的脲酶活性与总氮去除率呈显著正相关,出水处脲酶活性越高,总氮的去除效果越好;微生物扩增子测序表明,人工湿地的优势菌门有变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes),由进水处到出水处变形菌门和拟杆菌门相对丰度分别下降8.41个百分点和12.14个百分点,厚壁菌门上升12.91个百分点;人工湿地进水处、出水处脱氮菌属含量较大,相对丰度分别为20.51%、14.18%,其中,具有异养硝化反硝化功能的菌属也相对丰富,分别为8.54%、7.44%。

喀喇沁旗截潜流工程取水流水池养殖虹鳟技术

截潜流工程取水养殖虹鳟(Oncorhynchus mykiss)技术是利用潜流水具有水温低、温差变化小的特点开展虹鳟养殖。潜流水出水口平均温度7℃~12℃,北方地区冬天也不结冰。在赤峰市喀喇沁旗十家村山坡河道上建设截潜流工程和虹鳟养殖池,利用截潜流工程自流引水养殖虹鳟“水科1号”,取得较好的养殖效果。相关养殖技术可供有关专业人员参考。

河流潜流带氮素迁移转化数值模拟研究进展

系统归纳了描述潜流带氮素迁移转化行为的水动力、溶质运移、微生物生长数学模型及其耦合关系,分析了耦合模型的主要参数及其影响因素,探讨了试验数据获取、过程耦合关系建立、模型参数识别对数值模拟不确定性的影响。针对现有研究的不足,提出了未来应加强潜流带原生环境监测、热传输过程与其他过程耦合、多维度多过程耦合模型优化计算等方面的研究。

洱海西侧潜流带水交换作用及溶质迁移研究

随着云南大理洱海西侧冲积扇和湖相沉积层平原区域旅游业和农业快速发展,扇缘农业种植活动和扇中人类活动产生大量三氮污染物,由苍山18溪入渗补给使得受氮素污染地下水不断向洱海排泄,使得高原湖泊水体富营养化风险进一步增大。河床潜流带对于入渗的地表水具有净化作用,为了深入研究冲积扇河床潜流带对氮素迁移及转化机制,通过模拟河床潜流带渗滤系统,结合扇中城镇生活污水下渗污染、扇缘农田施肥垂直下渗污染以及扇顶基流地表水和地下水交替补给迁移污染,为河床潜流带地下水氮素污染防治奠定基础。试验结果表明河床潜流带对氮素迁移转化影响明显,扇中NH4+-N和NO3--N在垂向入渗时主要是通过反硝化作用进行脱氮达到水质净化的目的,总体划分为正面效应和负面效应两类,正效应包括阴阳离子交替吸附作用、硝化与反硝化作用的脱氮行为,导致污染物浓度降低使水净化的过程,主要以反硝化作用为主硝化反应为辅进行脱氮;负面效应则是硝化作用和阴阳离子吸附作用使总硬度随着水体析出的Ca2+、Mg2+浓度的升高而升高。扇顶交替流作用下,NO3--N的迁移转化通过以反硝化作用为主,DNRA为辅去氮达到水质净化的过程。

床面形态渗透率对潜流交换特性的影响

为了研究床面形态物理特性对潜流交换的影响,通过环形水槽实验,采用概化的2维离散床面形态研究了床面形态组成单元的渗透率与潜流交换通量之间的定量关联和变化特征,并分析了床面形态组成单元的渗透率变化对有效扩散系数的影响.实验结果表明,床面形态组成单元的渗透率变化对潜流交换起着不可忽视的作用.在该实验参数变化范围内,床面形态的存在引入了附加的泵吸交换,而泵吸交换对潜流交换通量的相对贡献与床面形态组成单元的渗透率变化密切相关,当其渗透率相对较低时泵吸交换和湍流渗透均趋于减弱,与平整底床相比其有效扩散系数总体上呈不同程度的减小趋势.

外加碳源对生物炭基潜流人工湿地净化污水处理厂尾水效能的影响

生物炭作为一种多功能生态环保材料,近年来被广泛应用于人工湿地污水处理中,其可为异养反硝化提供碳源,从而提高人工湿地的脱氮能力。通过室内构建石英砂/杏仁壳生物炭基质(体积比7∶3)人工湿地,同时以石英砂基质人工湿地为对照,运行后期通过外加碳源设计不同碳氮比(C/N),且分别采用连续流和间歇流的运行方式,探究外加碳源对生物炭基水平潜流人工湿地深度净化实际污水处理厂尾水效果的影响。结果表明:外加碳源前,人工湿地的化学需氧量(COD)去除率为负,总氮(TN)和硝氮(NO_(3)^(−)-N)去除率在41 d内持续降低;而外加碳源后,石英砂单元和石英砂/生物炭单元的COD去除率分别增至37.88%~90.44%和73.60%~97.90%,TN和NO_(3)^(−)-N去除率也明显提高。在外加碳源使进水C/N为8且间歇流运行时,石英砂/生物炭单元的TN和NO_(3)^(−)-N去除率最高,分别达65.61%和74.20%。生物炭添加提高了湿地微生物生物量,同时创造了有利于反硝化作用发生的氧化还原环境,使石英砂/生物炭单元的COD、TN和NO_(3)^(−)-N去除率分别提高了5.66%~130.35%、9.34%~54.03%和8.71%~63.04%。外加碳源与生物炭添加可作为一种有效手段强化实际污水处理厂尾水人工湿地系统的脱氮效能。

国外河流潜流层研究的发展过程及研究方法

国外关于河流潜流层的研究经历了初始认识、概念完善、理论发展、体系形成等4个阶段,采用了现场监测、数值模拟和室内试验等方法,建立了较为完整的潜流层理论体系,取得了丰富的研究成果。我国应在借鉴国外研究成果的基础上,针对我国河流的特点,综合应用传统技术与现代技术,从多学科、多方向、多尺度等方面开展河流潜流层水动力机理、溶质迁移、生态过程、健康诊断、生态修复等方面的研究。

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。