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。

潜流湿地中植物对脱氮除磷效果的影响中试研究

通过潜流湿地的中试,研究了芦苇和茭草在潜流湿地中的氮磷吸收量变化,植物收割对系统的影响以及植物对改善系统流态的作用.结果表明,依靠收割植物去除氮磷是不显著的,氮磷吸收量占去除量在5%左右.同时证明植物在进入冬季前开始出现释放氮磷现象,最佳收割期应该在9～10月份.植物对维持根系周围微生态环境起着重要的作用,收割会导致系统出水水质的波动.流态试验表明,植物根系能够改善系统的流态,植物床较空白床死区率减少5%～10%,增加系统的空间利用率,延长系统的水力停留时间.

辽河油田超稠油废水潜流湿地处理系统研究

首次以经过驯化的芦苇湿地为介质处理超稠油废水.在辽河油田进行的中试研究表明,即使超稠油废水的BOD5/COD仅为0.06,潜流湿地系统也具有很好的净化效果,当系统的水力负荷为2cm/d时,主要污染物的去除率为石油类91.83%,COD 83.16%,BOD5 90.66%,TN 89.37%;出水平均浓度为:石油类 2.26mg/L,COD 77.34mg/L,BOD5 3.13mg/L,TN 1.66mg/L.中试研究还表明,该系统出水水质稳定、耐冲击负荷强,是一种经济有效的超稠油废水处理新技术.对系统内外芦苇的生长量、纤维素、木质素、戊糖及纤维素的长宽比的研究表明,超稠油废水对芦苇材质无明显影响,可回收用于造纸等.

间歇曝气对人工垂直潜流湿地氮磷去除性能的影响

采用页岩和香蒲（Typha latifolia）构建人工垂直潜流湿地处理津河富营养化水体,研究间歇曝气对潜流湿地氮磷去除效果的影响.设计水力负荷800 mm/d,气水比5∶1.试验期间（2006-06-2006-11）,氮磷月平均去除率在8月份达到最大值.与无曝气系统相比,中部曝气使氨氮（NH4^＋-N）、总氮（TN）、可溶性活性磷（SRP）和总磷（TP）月平均去除率分别提高10.1%、4.7%、10.2%和8.8%,底部曝气则为25.1%1、0.0%、7.7%和7.4%,间歇曝气能够有效提高人工潜流湿地氮磷去除效率.曝气产生的有氧环境不利于硝酸盐氮（NO3^--N）去除,试验期间底部曝气和中部曝气NO3--N月平均去除率一直低于无曝气系统.试验结束后收割香蒲地上组织（茎和叶）,测定地上组织生物量及茎、叶中的氮磷含量,结果表明,间歇曝气虽然抑制香蒲地上组织生物量的增加,但却能够有效提高茎、叶中氮磷含量.与无曝气系统相比,通过收割香蒲地上组织可使TN去除分别增加11.6g.m^-2（中部曝气）和12.6 g.m^-2（底部曝气）.

人工潜流湿地处理稠油采出水的实验研究

人工潜流湿地由 3个面积各为 90 0m2 的芦苇床组成 ,平均布水量分布为 6m3 d、18m3 d和 30m3 d .进水污染物平均浓度为 :COD 40 1 0 8mg L ,BOD531 88mg L ,矿物油 2 4 6 7mg L ,TN 11 6 7mg L .经潜流湿地处理后上述污染物分别减少了COD6 7 2 5 %— 80 77% ,BOD580 0 2 %— 89 0 5 % ,石油类 78 0 0 %— 88 45 % ,TN 75 32 %— 82 43 % .经检测 ,试验期间潜流湿地的渗透率为 0 5 2m d ,在这种条件下潜流湿地的耐冲击负荷强 。

潜流湿地处理生活污水时的强化方法

研究在潜流湿地处理生活污水时通过预处理强化、介质优化和工艺改进克服现有技术缺陷的可行性.改进方法包括化学强化预处理、预曝气、添加氮吸附介质、添加磷吸附介质、湿地高浸润线、中浸润线、低浸润线和动态浸润线运行.结果表明,化学强化预处理不仅可以除磷,而且削减湿地污染负荷可使后续湿地面积减小63%,但是不能有效脱氮.预曝气仅使氨氮去除率提高了1%.添加氮吸附介质的有效时间短,运行前3个月对NH+4-N去除率为84%,5个月后下降到64%.添加磷吸附介质的有效时间较长,可维持数年.因此,脱氮过程只有通过基质微生物实现.稳态浸润线下对COD、NH+4-N、TN、TP的去除率,高浸润线湿地为50%、21%、32%、-26%;中浸润线湿地为53%、48%、48%、-14%;低浸润线湿地为74%、96%、35%、22%.提出动态浸润线及序批式潜流人工湿地工艺(CBSW),其对COD、NH+4-N、TN、TP去除率为67%、62%、53%、33%.CBSW实现了单级湿地内好氧/缺氧环境的交替出现,提高了脱氮能力,除污综合表现最佳.

潜流湿地处理不同浓度有机污水的差异分析

通过供氧平衡及物质平衡理论分析和实证研究，探讨根系泌氧、水中自带溶解氧、植物吸收营养物在湿地净化中的贡献，并通过落空运行来启动大气复氧．结果表明，当处理Ⅳ类以下地表水时，根系泌氧和水中携氧可使基质内为好氧环境、出水DO〉0；植物吸收和介质吸附可使N、P去除稳定．当处理生活污水时，植物供氧不足，基质内为缺氧／厌氧环境、铵氧化细菌和亚硝酸氧化菌数量只有氨化细菌的1／1000～1／100，出水D0≈0，使基质易堵塞；植物吸收和介质吸附有限，氮去除率≤20％；磷去除率随介质吸附容量的饱和逐渐下降，运行前3个月去除率为54％，运行1a以后降低到5％．潜流湿地处理生活污水时污染负荷远大于植物供氧和吸收营养物的上限，是其存在技术局限的根本原因．启动大气复氧是湿地工艺改进的一个重要方向，预沉-常规湿地对COD、NH4^＋-N、TN、TP的去除率为79％、34％、36％、34％，预沉-落空湿地则为79％、88％、14％、69％，必须合理利用大气复氧才能实现去除总氮的最终目的．

浸润线高度对垂直潜流湿地处理效果的影响研究

针对污染物浓度较高的猪场沼液,开展了不同浸润线高度下垂直潜流湿地处理效果的对比研究。试验结果表明:湿地浸润线可改变湿地填料层中的溶解氧分布和水力流态,从而造成了3种类型湿地系统对猪场沼液处理效果的差异;在不同水力负荷下,中浸润线垂直潜流湿地(VSSF-M)对猪场沼液中各项污染物的去除效果均好于低浸润线垂直潜流湿地(VSSF-L)和高浸润线垂直潜流湿地(VSSF-H);中浸润线垂直潜流湿地利用溶解氧梯度在填料层内实现了好氧区、缺氧区和厌氧区的共存,从而使硝化作用与反硝化作用在同一系统内完成,提高了系统的脱氮能力;中浸润线垂直潜流湿地系统还可适当增大系统的水力停留时间(HRT),并可优化水力流态,从而进一步改善湿地系统的净化效果。因此,结合处理效果和出水水质的稳定性,中浸润线垂直潜流湿地对浓度较高的猪场沼液具有较高的去除效率。

潜流湿地中填料的理化作用及对植物生长的影响

填料是潜流湿地的重要组成部分,它不但直接参与污染物的去除,而且对植物的生长和生理活动产生重要影响.本研究采用河北围场产沸石和秦皇岛产页岩,通过X射线荧光光谱和X射线衍射分析,确定了2种填料的元素组成和矿物组成,揭示了填料去除氮磷及缓冲H+的作用机理.研究表明:沸石和页岩都具有较发达的中孔结构,页岩对NH4+-N的吸附能力小于沸石;页岩主要组成为CaCO3,对PO43--P的去除能力大于沸石,且对水中的H+有较好的缓冲作用.在处理酸性淀粉废水的小试系统中,页岩中的菖蒲和芦苇,其叶片相对绿度、茎根比、平均株高等指标均好于沸石中植物.种植在页岩中的菖蒲和芦苇,其根系活力分别为沸石中植物的3.7倍和1.6倍.页岩中菖蒲,地上部分吸收氮磷总量分别是沸石中的7.8倍和3.4倍;页岩中芦苇,地上部分吸收氮磷总量分别是沸石中的3.3倍和2.2倍.由于为植物提供了pH稳定的根系微环境,页岩比沸石更适合植物生长.

基于主成分分析的水平潜流湿地磷去除模型

通过对水平潜流湿地(HSSF―CW)3a运行效果进行研究,分析了HSSF―CW不同处理单元单位面积总磷(TP)去除率对水温的响应变化曲线,利用正弦函数对各处理单元不同时间单位面积TP去除率变化过程进行了拟合,并通过主成分分析(PCA)和冗余分析(RDA)筛选影响磷去除的主要环境因子,进而利用人工神经网络(ANN)对各处理单元出水总磷浓度(TPo)进行了模拟。结果表明:水温较低时(<20℃),单位面积TP去除率对水温变化不敏感,随温度升高(>20℃),单位面积TP去除率升高并出现较大波动,最高达3.27g/(m2·d);单位面积TP去除率与水温之间存在一定的多项式函数关系(R2=0.1082,p=0),不同处理单元拟合关系存在一定差异(R2=0.318～0.350);不同月份单位面积TP去除率符合正弦变化规律(R2=0.231,p=0),夏季去除率高于秋季,平均单位面积去除率为(0.331±0.132)g/(m2·d),8月份出现最大值(0.397±0.125g/(m2·d));通过PCA和RDA对不同环境因子与单位面积TP去除率之间的关系进行分析,发现单位面积TP去除率与进水TP质量浓度、水温、流量、溶解氧和蒸散发之间呈一定的正相关性,而与水深之间无显著相关关系;选取影响磷去除效果的主要环境因子进水TP质量浓度、水温、流量、溶解氧、pH值和蒸散发作为输入参数,构建ANN预测模型,通过反向学习算法和交叉验证对模型构型进行了构建和筛选,结果表明输入层、隐含层和输出层中神经元最佳构型分别为6—3—1;利用层次分析法将数据集分为训练集和验证集两部分,通过对比不同处理单元TPo实测值和模拟值,表明模型能够基本反映TPo的变化趋势和范围(R2=0.677～0.800)。该研究可为管理和改善水平潜流湿地运行效果提供参考。

菌剂强化潜流湿地总氮总磷去除及功能菌特性

从活性污泥中筛选的1株具有高效反硝化能力的聚磷菌B8应用于水平潜流人工湿地中进行强化去除总氮和总磷试验,同时分析并对比了菌剂强化潜流湿地系统和未投菌潜流湿地系统的功能菌数量变化规律.采用常绿植物构建2套相同的水平潜流湿地尾水处理模拟生态系统.结果表明,连续投加14 d B8菌液于水平潜流湿地后,在停止投菌后运行89 d内,投菌湿地系统平均脱氮率为70.1%,未投菌湿地系统平均脱氮率为50.2%;在停止投菌后运行19 d内,投菌湿地系统平均除磷率为63.1%,未投菌湿地系统平均除磷率为45.9%.经过4个月的跟踪运行,基于高通量454测序对湿地微生物群落结构及相关生物学信息对比分析,表明投加外菌源B8会引起潜流湿地内部微生物物种数量减少、微生物均匀度下降和湿地基质微生物群落多样性下降.通过湿地进水总氮浓度对投菌湿地系统和未投菌湿地系统脱氮率影响线性拟合分析表明,投菌湿地在不同氮负荷条件下脱氮效果显著优于未投菌湿地,证实投加B8菌可以有效强化水平潜流湿地的脱氮能力.

3种不同基质潜流湿地对磷的去除效果

基质是潜流式人工湿地污水处理系统的重要组成部分，直接影响到系统的处理效果。本文研究了由沸石、页岩陶粒和碎石3种不同基质构建的潜流式人工湿地对磷的去除效果。结果表明，在设计水力停留时间3d，连续进出水情况下，碎石单元对磷的去除效果最好，页岩陶粒单元次之，沸石单元效果最差，平均去除率分别为95％、60％和35％。在潜流式人工湿地污水处理系统运行初期观察到磷释放现象，沸石单元最为明显。进水磷浓度较低时，磷的去除率随浓度升高而升高，当正磷、总磷浓度分别升高到2．4—2．5和3．1～3．3mg／L时，正磷、总磷的去除率开始迅速下降。

潜流湿地在水体生态修复中的应用

介绍了潜流湿地的基本构造和其中土壤、湿地植物、微生物的作用原理。通过介绍特征污染物含碳有机物(BOD_5)、悬浮物、总氮、磷、重金属以及细菌的去除,阐述了污染物去除的基本特征和作用机理。最后,对潜流湿地系统的功能完善提出了相应的建议。

新建组合填料潜流湿地脱氮除磷研究

以城市污水ANOXIC—OXIC工艺出水为处理对象，在中试规模上研究了新建组合填料潜流湿地的脱氮除磷效能。结果表明，当COD面积负荷率、TN面积负荷率、TP面积负荷率、HRT（水力停留时间）分别为8．7～22．1g／（m^2·d）、7．29～24．28g／（m^·-d）、0．94—1．84g/（m^2·d）、0．48—0．59d时，①湿地启动阶段，COD去除率为30．3％、面积负荷去除率为6．63g／（m^2·d）、反应动力学常数为0．23m／d；SS去除率为45．5％；氨态氮、亚硝态氮和硝态氮的去除率分别为9．3％、40．0％和25．0％；TN去除率为14．9％、面积负荷去除率3．63g／（m^2·-d）、反应动力学常数为0．10m／d；TP去除率为92．4％、面积负荷去除率为0．93g／（m^2·-d），反应动力学常数为O．94m／d。②稳态运行阶段，COD去除率为33．9％，面积负荷去除率为2．98g／（／m^2·d），反应动力学常数为0．24m／d；SS去除率为50．0％；氨氮、亚硝氮和硝氮的去除率分别为50．2％、41．9％和24．7％；TN去除率为29．9％，面积负荷去除率为2．19g／（m^2·d），反应动力学常数为0．18m／d。TP去除率为90．5％、面积负荷去除率为0．89g,／（m^2·d）、反应动力学常数为0．86m／d。③随TN面积负荷增加，TN面积负荷去除率和TN动力学常数均随之线性增加；随TP面积负荷增加，TP面积负荷去除率随之线性增加，而反应动力学常数呈幂函数增加。

反硝化细菌强化潜流湿地的污水处理厂尾水脱氮试验

为了揭示反硝化菌强化潜流湿地的污水处理厂尾水脱氮效果及机理,以砾石、红砖碎块、钢渣、陶粒、土壤为湿地填料,茭白、梭鱼草、黑麦草、红叶石楠为湿地植物,构建了两套湿地系统,其中一套投加菌剂,另一套作为对照组,使用双总体t检验方法分析了投加反硝化细菌B8(Pseudomonas putida)菌液于水平潜流湿地系统的操作与生物强化湿地脱氮程度之间的相互关系。结果表明,将反硝化菌(B8)菌液连续14 d投加于水平潜流湿地后,在强化潜流湿地运行的58 d内,其NH_4^+-N、NO_2^--N和TN平均去除率分别为65.3%、94.2%和71.5%;而未投菌的潜流湿地的NH_4^+-N、NO_2^--N和TN平均去除率分别为28.2%、74.7%和43.1%,加入菌剂使潜流湿地氮素去除能力大幅提高。双总体t检验方法分析表明,在停止投菌运行的41 d内,接种B8细菌的湿地系统的总氮去除率显著高于未投菌的湿地系统(p<0.05);但在停止投菌运行的58 d内,投菌湿地和未投菌湿地脱氮效果的差异不显著(p>0.05),因此确定B8强化水平潜流湿地系统的投菌周期为58 d。

潜流湿地控制暴雨径流中氮磷冲击负荷中试研究

进行了3种人工潜流湿地(无植物空白床、芦苇床、茭草床)控制暴雨径流中氮、磷浓度的冲击负荷试验,考察了潜流湿地对氮、磷的去除效果及其耐冲击负荷能力。结果表明,潜流湿地能够有效控制暴雨径流中的氮、磷浓度,且具有较强的耐冲击负荷能力,其中以芦苇床潜流湿地对暴雨径流中氮、磷的去除效果为最好。处理滇池流域重现期为5 a的单场降雨,试验床体面积占汇水面积的比例>3.7%时,芦苇床湿地对总磷的去除率高达92%,对总氮的去除率为63%;当冲击负荷流量增大后,处理系统面积占汇水面积的比例减小到2%时,芦苇床对总氮和总磷的去除率分别为38.6%和52.6%。在相同水力停留时间下,潜流湿地的冲击试验与前期的连续流试验结果相比,冲击负荷会降低系统的脱氮除磷率,降低的脱氮率<10%,降低的除磷率在15%左右。

崇明森林旅游园区潜流湿地污水处理工程技术研究

在上海市崇明县森林旅游园区建成郊区污水处理示范工程。采用生物强化絮凝+人工湿地组合工艺,充分发挥了物化与生态工艺的互补优势,其中人工湿地占地近6000m2;通过强化预处理对SS和P的去除削减污染负荷,使湿地水力负荷提高到0.6m3/(m2·d);通过优化湿地浸润线使NH3-N、TN同时达标。人工湿地利用林间空地布局,采用自主开发的模拟软件设计,根据实际情况合理选择工艺并优化运行,实现污水污泥同步资源化利用。工程已运行一年,技术经济指标达到了863示范工程要求,出水水质可达GB18918—2002一级A标准。

潜流湿地对微污染水体中氮磷去除效果的中试研究

以南京水利科学研究院铁心桥试验基地内象目湖微污染水体为对象,研究总氮大于1.0 m3/(m2·d)的高水力负荷条件下,鹅卵石、陶粒、砾石、钢渣、蛭石、碎石和砂子等多种基质和再力花、芦苇、美人蕉及菖蒲等水生植物组合条件下的垂直流湿地和水平潜流湿地对氮磷的去除效果。试验结果表明:进水总氮浓度在0.793~2.662 mg/L时,种植菖蒲,填料从上到下分别为鹅卵石、碎石、粗砂和细砂的垂直潜流湿地单元(20单元)出水总氮平均浓度最低,为0.905 mg/L;总氮、氨氮和硝态氮平均去除率最高,达80.89%,43.06%和46.32%;总氮浓度从IV类水体提升至III类。进水TP浓度在0.035~1.003 mg/L时,20单元总磷平均去除率最高,为30.59%,价格相对便宜的碎石对磷素的去除效果较好。种植菖蒲及填料组合为鹅卵石、碎石、粗砂和细砂的人工湿地处理单元可以应用于饮用水源地原水等微污染水强化处理。

处理含油地表水体的潜流湿地填料筛选及其性能评价

采用包括填料表面微观特征、元素构成、吸附性能、微生物附着生长性、经济性等因素的填料性能评价方法,对处理含油地表水的潜流湿地填料进行评价与筛选.静态吸附试验表明,各种填料对磷的吸附能力为炉渣>陶粒>沸石>砾石>砖块>卵石,对石油类的吸附能力为炉渣>陶粒>砖块>沸石>砾石>卵石;动态吸附试验表明,各种填料床对石油类的去除效果为炉渣床>砾石床>湖泊底泥床;放置在污染水体中的填料表面微生物总数和烃降解菌数量为砖块>沸石>砾石,陶粒和炉渣>卵石.根据上述评价结果,选择总体性能较好的砾石、炉渣、砖块和沸石作为潜流湿地现场试验系统的填料.

潜流湿地系统防堵塞设计及运行措施探讨

根据已掌握的国内外湿地技术和实际工程经验,对潜流人工湿地系统的堵塞问题进行了探讨和分析,从工程设计与工程运行的角度,提出了污水进入潜流湿地系统的基本要求,并给出湿地单元防堵塞的设计方法和运行措施,为人工湿地的建设和运行起到了一定的指导作用。