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。

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。

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。

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。

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%.

多层介质水平潜流人工湿地对微塑料的去除研究

以具有相同结构的两个多层介质水平潜流人工湿地为研究对象,考察了湿地单元进水、出水和植物根系附近的微塑料丰度、物理尺寸变化特征,并分析了湿地内部植物根系、湿地生物系统、悬浮物等去除微塑料的机理。结果表明,近年来在河道水质提升工程中常使用的较大粒径多层介质人工湿地能够有效降低天然河流水体中的微塑料丰度。在连续7 d的监测中,两个湿地单元对微塑料的平均去除率分别为26.91%和27.00%,最高分别达到了44.83%和44.59%。湿地单元对400~<800μm的微塑料去除率在20%~50%,而对800~<1200μm和≥1200μm的较大尺寸微塑料去除率可达到50%以上。湿地单元前部的植物根系对微塑料具有更明显的截留作用,且对≥800μm的较大尺寸微塑料截留效率更佳。人工湿地去除微塑料的效率可能与微塑料形状、湿地植物、水流速度、内部填料粒径及生物膜生长状况等多种因素有关。

生物电化学措施下潜流人工湿地反硝化性能的强化及微生物学特征

通过两种类型共4组人工湿地装置的优化对比试验,分析电解强化潜流人工湿地(E-CW)在不同电压梯度下(0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 V)自养反硝化阶段的脱氮性能的变化及微生物群落结构特征,考察电解对湿地系统的影响。结果表明,在1.5 V电压条件下,虽然E-CW耦合系统的NH4+-N去除率低于不加电解强化措施的CW湿地装置,但是E-CW系统的反硝化速率较高,使得TN去除率高,其中E-CW3的TN平均去除率为9.52%,显著高于CW1;E-CW4的TN平均去除率为45.66%,显著高于CW2。各湿地中共发现14个优势菌门和30个优势菌目,优势菌门中的变形菌门相对丰度最高并且在各湿地中均有分布,含有许多硝化细菌和反硝化细菌,对污染物的去除起重要作用;优势菌目中的红杆菌目(Rhodobacterales),鞘氨醇菌目(Chiti-nophagales),伯克氏菌目(Burkholderiales),懒杆菌目(Ignavibacteriales),Saccharimonadales和厚壁菌门中的芽孢杆菌(Bacillus)在E-CW中的相对丰度显著高于CW,这6种细菌群属于反硝化菌,相对丰度越高,反硝化能力越强。适宜电解措施能够强化系统的自养反硝化作用,强化脱氮性能,并且也会增加群落中反硝化细菌的种类和数量,此试验的最佳外加电压为1.5 V。

波式潜流人工湿地处理生活污水的试验研究

提出了一种新型潜流构造湿地—波式潜流人工湿地(WavySubsurfaceFlowConstructedWetland,简称W-SFCW)并进行了在相同试验条件下与水平潜流人工湿地(HorizontalSubsurfaceflowConstructedWetland,简称SFCW)进行对比试验。结果表明,W-SFCW在污染物去除方面明显优于SFCW,在相同试验条件下W-SFCW出水COD、NH4+-N和TP分别为47.1、10.4和0.42mg·L-1,去除率分别比SFCW提高8.2%、13.1%和6.6%;但W-SFCW系统水流阻力大于SFCW系统,在本试验条件下W-SFCW的湿地床体的水头损失220mm,而SFCW水头损失70mm;W-SFCW及SFCW在冬季运行期间COD、NH4+-N去除率受环境温度影响明显,但未出现恶化现象;磷去除在低温期间几乎不受影响。

水平潜流人工湿地对微污染河水的净化特征研究

文章以三级水平潜流人工湿地为研究对象,湿地种有芦苇、香蒲、慈姑和水葱四种水生植物,对湿地进出水中SS、NH3-N、TN、TP和CODMn进行了为期1 a的水质监测,分析了湿地对微污染河水中污染物的长期进化效果,得出结论:(1)出水污染物含量整体能达到《地表水环境质量标准》中Ⅲ类标准,对各污染物的全年平均去除率在70%左右;(2)温度是影响CODMn去除效果的主要因素;(3)低湿度情况下会促进聚磷菌的生长。

波形潜流人工湿地污水处理技术研究

将波形潜流人工湿地(wavy subsurface flow constructed wetland,简称W-SFCW)在相同条件下与水平潜流人工湿地进行对比试验.W-SFCW床优化了传统潜流人工湿地的水流流态,使污水在W-SFCW床内进行波式流动,充分发挥了湿地系统降解污染物的能力.试验结果表明:W-SFCW在污染物去除方面明显优于传统潜流人工湿地.在相同试验条件下,W-SFCW对污水中COD,NH4+和TP的去除率分别比SFCW提高12.6％,22.0％和8.4％.

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。

波式潜流人工湿地对生活污水中磷的去除效果研究

通过试验测定波式潜流人工湿地(W-SFCW)与潜流人工湿地(SFCW)中基质、介质填料、植物在污水处理中所截留的磷含量,分析湿地各组成部分对磷的吸收作用,并对各组成部分的去除效果进行比较研究。试验进一步明确了W-SFCW和SFCW对磷的净化机理,从而为优化设计提供了基础。结果表明,在相同试验条件下,W-SFCW对TP的去除率比SFCW高。两种湿地系统中土壤和湿地植物截流吸附了较多的磷,石头填料对污水中的磷也有一定的吸附作用。其中,湿地植物芦苇比美人蕉对污水中磷的吸附作用更为明显。

潜流人工湿地的局限性与运行问题

针对目前在潜流人工湿地技术认识上的一些分歧,从湿地植物的输氧能力、人工湿地脱氮除磷能力和设计参考依据等方面,探讨了人工湿地的应用局限性,总结了湿地运行中存在的问题及解决措施,指出了深入研究潜流人工湿地处理机制的必要性。

4种木本植物在潜流人工湿地环境下的适应性与去污效果

为解决冬季植物问题,将4种木本植物引入潜流人工湿地环境,进行植物适应性和去污效果研究,结果表明:(1)4种木本植物在潜流人工湿地环境下的净光合速率日变化规律为夹竹桃、栀子、女贞变化规律是"双峰"型,木槿则是"单峰"型;叶片气孔导度日变化规律为木槿是"单峰"型,其他3个品种没有明显规律;植物胞间CO2浓度的日变化规律与净光合速率日变化规律相反对应关系;蒸腾速率日变化规律为4种植物都呈现"单峰"型规律,且高峰出现在11:00—13:00之间。(2)除女贞外较低外,其余3种植物叶绿素含量较高但差异不大;丙二醛含量较高的是木槿与栀子,女真最低;氮磷积累量最高是夹竹桃,最低的是木槿;基质脲酶活性夹竹桃、木槿高于栀子、女贞,基质磷酸酶活性在4种植物中比较接近。(3)4种木本植物引入湿地后长出了白色的水生根系,且数量多于陆地土壤栽培条件的土培根系;在内部结构上也有较大差异,土培根系的组织非常致密,水生根系则有发达的通气组织。(4)试验期间系统TN平均去除率为40.2%,TP平均去除率为80.8%。COD Cr的平均去除率较低为15.4%,NH+4-N的平均去除率为61.8%,各月份间的差异随着季节温度的变化基本一致。

潜流人工湿地对污染物的降解特性

生活污水经酸化预处理后以间歇流方式进入潜流人工湿地进行后处理,结果表明,床体中充填适量石灰石可起到调节pH值的作用,系统中COD、NH+4-N、TP的变化基本符合推流式的运行特征。此外,间歇进、出水方式能最大程度地利用床体上层的大气复氧,缓解了水生植物根系放氧不足的矛盾。

测定潜流人工湿地根系生物量的新方法

设计了一种新方法研究潜流人工湿地植物根系的分布和生物量。采用自制的圆柱形的不锈钢网柱，安放在潜流湿地的碎石基质中，定期分层取出网柱内的碎石，可观察根系的分布特点；收获网柱内的根，可测定根系的生物量和生长量。网柱的直径20cm，高50cm，网孔直径1．80cm，不锈钢丝粗1．38mm。安装时，使网柱垂直，上端达碎石表面，下端靠近湿地床底。安装好后，装入碎石基质，观察测定时，把基质取出，观察完后，再把基质放回。用该方法，对碎石基质的潜流人工湿地中植物根系的分布和生物量进行了1a的实验测定，认为该方法是测定潜流人工湿地根系生长和分布的有效方法，它易于安装、测定方便、准确。7月和12月份两次测定的湿地根系生物量之和为331．8gm^-2，其中分布于0—5cm的根生物量为174．4gm^-2，5～15cm为142．1gm^-2，15cm以下为15．3gm^-2。种问根系生物量的差异很大，根系生物量最大的是美人蕉，为182．4gm^-2，最小的是水鬼蕉，为1．38gm^-2。根生物量似乎呈不同的季节格局，象草7月份根系生物量较大，而其他种12月份的较大。不同种根系生物量的垂直分布也有显著的差异，具根状茎的芦苇和较粗根的水鬼蕉以直径大于1mm的根为主，它们的根分布较深，而浅层根较少；象草、美人蕉和风车草，直径1mm以内的根占根生物量的80％以上甚至100％，它们的根分布较浅。

潜流人工湿地去除大庆地区湖泊水体中石油类化合物的研究

针对大庆地区石油类化合物污染湖泊水质特点和气候条件,采用包含砾石床、砾石芦苇床、炉渣芦苇床和炉渣床单元的现场试验系统,考察启动期、投加微生物、投加缓释碳源、水温低于5℃和常规运行期等工况下各单元对石油类化合物的去除效果及其去除机理.在整个试验期内4个单元石油类化合物的平均去除率分别为24.7%、28.4%、45.9%和42.9%;投加微生物和缓释碳源都可提高石油类化合物污染物的去除效果;以炉渣为填料的单元污染物去除效果显著优于以砾石为填料的单元.2005年常规运行期间,湿地床和对照床石油类化合物去除率存在显著性差异(p<0.05),植物对石油类化合物的去除起到显著的促进作用.系统运行期内通过截留去除的石油类化合物占总去除量70%左右,各单元该比例没有显著性差异(p<0.05).