基于多功能耦合的潮汐流稻田湿地生态净化系统研究

构建了基于多功能耦合的潮汐流稻田湿地生态净化系统,处理罗氏沼虾陆基养殖尾水,研究水质净化效果、CH_(4)排放情况、稻田节肢动物多样性和水稻生长状况,并探讨潮汐流稻田湿地系统的综合效益.结果表明:潮汐流稻田湿地能够有效地净化陆基水产养殖尾水,对溶解性无机氮和总氮的平均去除率分别为54.3%和44.9%,对溶解性无机磷和总磷的平均去除率分别为42.9%和43.0%;潮汐流稻田湿地的CO_(2)和CH4排放通量与常规稻田相比分别减少了5.4%和92.5%;与处于淹水期的常规稻田相比,潮汐流稻田湿地的产甲烷功能基因mcrA基因丰度减少了82.3%;潮汐流稻田湿地提高了节肢动物多样性及其天敌的种类数以及天敌多度/害虫多度,抑制了害虫爆发,具有较好的综合效益.

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.

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。

水力负荷和填料对华南冬季条件下潮汐流人工湿地去除氨氮的影响

供氧不足是导致传统人工湿地硝化速率和水力负荷低的关键因素。此外,低温条件下微生物活性下降会进一步加剧该问题。针对上述情况,构建两组供氧能力强的潮汐流实验柱,在华南冬季条件下考察水力负荷和填料对系统NH_(4)^(+)-N去除效率的影响。结果表明,NH_(4)^(+)-N去除负荷与水力负荷成正比。以沸石与碎石混合填充的潮汐流实验柱(TFCW-Z)对NH_(4)^(+)-N的平均去除率(67.20%~77.28%)显著高于以碎石填充的实验柱(TFCW-G)NH_(4)^(+)-N平均去除率(43.23%~51.77%)(p<0.05)。在日平均温度为6~19.5℃,水力负荷为4 m/d条件下,TFCW-Z出水中NH_(4)^(+)-N质量浓度始终低于黑臭水体标准值8 mg/L,此时NH_(4)^(+)-N平均去除率为67.20%,NH_(4)^(+)-N平均去除负荷高达47.96 g/(m2·d),表明潮汐流人工湿地在华南地区黑臭水体治理中具有良好的应用前景。

潮汐流MSF系统处理含盐废水性能优化研究

含盐废水来源广、危害大、处理难,其净化成为废水处理领域的技术难点。针对此问题,构建潮汐流多层砂滤(MSF)系统对含盐废水进行处理,探讨水力负荷、淹空比、反应温度等条件对其处理性能的影响,并分析净水原理。结果表明:①水力负荷的增大会导致出水中COD、NH_(4)^(+)-N、TP浓度的升高,最佳水力负荷值宜设定为0.8 m/d;②调节淹空比为1:4时,可取得较优的COD、NH_(4)^(+)-N、TP去除效率;③反应温度为30℃时,潮汐流MSF系统可实现90%以上的COD、NH_(4)^(+)-N去除和85%以上的TP去除,可作为优选温度;④滤料和微生物的协同作用,对含盐废水中污染物的去除具有重要贡献。研究结果可为含盐废水的处理提供一种新的技术类型,并为其性能优化提供技术参考。

潮汐流及水平潜流人工湿地污水处理效果比较研究

利用室内潮汐流和水平潜流人工湿地装置,对不同类型人工湿地污染物的去除效果进行对比试验。结果表明:潮汐流人工湿地有利于CODCr和氨氮的去除,去除率分别达到94%和95%,灯芯草水平潜流人工湿中因为湿地植物吸收和根区效应等作用使其总氮去除率达到51%,CODCr和氨氮去除率分别为76%和49%,无植物水平潜流人工湿地中CODCr、氨氮和总氮去除率最差,分别为70%、34%和36%;潮汐运行方式可改善湿地内部的氧环境,提高微生物活性,潮汐流人工湿地中微生物活性达到0.3mg·g-1,是水平潜流人工湿地的近3倍;三组人工湿地基质微生物硝化作用强度与对应氨氮去除效果呈显著正相关关系,相关系数r=0.89(P<0.05),表明微生物的硝化作用是主要的氨氮脱除途径,且硝化作用强度可作为反映湿地氨氮脱除能力的一个重要指标。

低温下潮汐流人工湿地系统对污水净化效果

潮汐流人工湿地是将湿地按时间序列周期性地充水和排干,使得湿地内部形成好氧-厌氧交替过程,从而实现并强化污染物去除的新型人工湿地形式.该研究主要考察了低温条件下(9～13℃)潮汐流人工湿地与传统连续流人工湿地对污染物处理的效能差异,以及运行工况对处理效果的影响;同时对各人工湿地系统中微生物活性进行研究.结果表明:在水力负荷为0.2 m3/(m2.d)条件下,采用3个周期/d的潮汐流人工湿地,出水ρ(DO)为0.61 mg/L,高于连续流人工湿地的0.22 mg/L;NH4+-N,CODCr及PO43--P的去除率达到48.57%,68.96%及29.02%,分别比连续流人工湿地提高了约30%,20%和20%.同时,通过对各反应器内微生物呼吸作用和脱氢酶活性等的对比研究发现,3个周期/d的潮汐流人工湿地中微生物具有更高的活性.

潮汐流人工湿地的除氮效果及影响因素

为研究TF-CW（tidal flow constructed wetland,潮汐流人工湿地）的除氮效果及其主要影响因素,以连续流模拟装置（A组）为对照,设置3种潮汐进水方式〔RAT（闲置时间∶反应时间）分别为1∶1、1∶2、2∶1,依次记做B组、C组、D组〕,运行175 d,分析不同进水方式下TF-CW模拟装置对TN、NH4＋-N、NO3--N、TOC的去除效果及其在不同处理深度上的变化.结果表明：A、B、C、D组TN平均去除率分别为82.41%±4.84%、84.82%±5.09%、86.09%±3.99%、90.23%±3.05%.A组TN和NH4＋-N的去除效果与B、C、D组均差异显著（P〈0.05）,其中D组TN和NH4＋-N的去除效果均最好;A组对NO3--N的总体去除效果较优;RAT并不影响TOC的去除率.不同进水方式下,NH4＋-N的去除率均在0~15 cm深度内最大,ρ（TOC）处于较低水平（0~20 mg/L）,二者均随处理深度的不断增加而逐渐下降;ρ（NO3--N）在0~15 cm深度内迅速上升.随着闲置时间的增加,ρ（DO）逐渐升高.TN和NH4＋-N的去除率随着运行时间的增加基本保持恒定,主要影响因子有ρ（DO）、RAT、ORP（oxidation reduction potential,氧化还原电位）和ρ（TOC）;而NO3--N的去除率随着运行时间的增加而逐渐降低,其主要影响因子有p H、电导率和水温等.

潮汐流人工湿地污水强化处理研究进展

人工湿地系统床体中的氧环境及湿地床体的复氧能力是决定有机物与氨氮去除的主要因素,直接影响湿地对污染物的净化效果及正常运转。作为一种新型强化人工湿地,潮汐流人工湿地可以通过潮汐运行过程中床体浸润面变化产生的孔隙吸力将大气氧吸入床体,进而明显提高了湿地床的氧传输量和污染物的净化效果。相比于传统的人工湿地,潮汐流人工湿地的复氧能力可达450 g/(m2·d),远高于传统的潜流型人工湿地和曝气型人工湿地(≤100g/(m2·d))。对潮汐流人工湿地的复氧机理和影响因素、污染物的去除机理进行了分析研究,并对潮汐流人工湿地的研究和应用现状、存在的问题进行了总结。结果表明,潮汐流人工湿地适合处理较高浓度污水,并可以应用于北方寒冷地区的污水中污染物的去除,且去除效果明显优于潜流等传统的人工湿地,具有较好的应用及发展前景。

潮汐流影响下珊瑚岛礁附近波浪传播变形和增水试验

为揭示潮汐流影响下珊瑚岛礁附近波浪的运动特征,通过波流水槽试验对潮汐流存在下规则波的传播变形和增水规律进行了研究,测试了一系列的潮汐流流量并对比正向流、反向流以及无流的情况。研究结果表明:反向流使波浪破碎点向远海侧移动,正向流则使其向海岸侧移动,反向流存在时破碎带内的湍流较正向流时更为剧烈;反向流时破碎点附近入射波能量由主频波向高次谐波发生转移更为显著;潮汐流的存在对波浪反射、透射和能量耗散并无明显影响;正向流造成礁坪上波浪增水减少,反向流则促进增水的增长,增水最大值与潮汐流流量间存在显著的线性关系。研究成果可望为岛礁工程的建设和维护提供一定的理论参考。

潮汐流人工湿地中生物蓄磷的强化及其稳定性

通过改进潮汐流人工湿地(TFCW)的运行方式,开展了TFCW中生物蓄磷作用的强化及其稳定性研究.结果表明,两段进水潮汐流运行方式有利于TFCW中聚磷菌群(PAOs)的富集,进而可强化湿地中的生物蓄磷作用;采用周期性补充碳源的磷移除操作可诱导生物膜中的PAOs充分释磷,避免系统中磷素的过量积累,同时可增加PAOs胞内内源性碳源的含量,强化系统中的生物蓄磷作用并有利于系统除磷效果的稳定;当生物蓄磷/碼移除(PB-PH)周期时长为30d时,TFCW在生物蓄磷过程中的磷素去除率可达96.04%,而其在磷移除过程中的磷素移除率和补充碳源利用率亦分别可达70.45%和98.22%.此时,PAOs的过量吸磷作用成为湿地系统除磷的主要途径.

潮汐流人工湿地基质硝化反硝化强度研究

潮汐流人工湿地（Tidal flow constructed wetland,TF-CW）是一种新型人工湿地生态系统,并且在氮去除方面受到了广泛的关注。通过对比4种不同进水方式TF-CW对NH4＋-N和NO3--N两种氮形态的处理效果,并分析基质硝化反硝化强度与去除效果之间的相关性以及不同处理深度基质的硝化反硝化强度。结果显示：4种进水方式的湿地模拟装置对NH4＋-N的平均去除率差异性显著且与硝化强度差异性一致,闲置时间/反应时间为2∶1（D）的进水方式下基质的平均硝化强度最大,为（1.68±0.29）mg·kg^-1·h^-1,4种模拟装置的基质平均反硝化强度差异性也显著（P=1.202×10^-5）,连续流进水方式反硝化强度最大,为（2.99±1.58）mg·kg^-1·h^-1;TF-CW基质硝化强度与NH4＋-N的去除率有明显的正相关性（r^2=0.849 7,P=4.285×10^-14）,反硝化强度与NO3^- -N的出水浓度呈明显负相关关系（r^2=0.844 8,P=6.939×10^-14）;装置上部0-30 cm的处理阶段硝化强度最大,随深度增加变化逐渐减小,反硝化强度在中部的30-60 cm阶段较高。本研究为TF-CW设计改善其运行效果奠定了理论基础,在进行人工湿地设计时需综合考虑NH4^＋ -N和NO3^- -N的整体去除效果,将潮汐流人工湿地与连续流人工湿地进行组合并合理配置,对污染物的去除更加全面有效。

潮汐流人工湿地净化城市河水中试研究

在沈阳市仙女湖公园内建设人工湿地中试系统净化城市河流卫工河河水,对比了潮汐流和垂直潜流人工湿地中试系统对河水的净化效果,并优化了潮汐流人工湿地的运行条件。结果表明,潮汐流人工湿地对CODCr、NH+4-N、TN和TP浓度分别为60.45～93.73、2.33～4.79、4.61～8.97和0.54～0.80mg/L的河水的净化效率分别为45.96%、35.76%、30.16%、33.80%,比垂直潜流人工湿地的去除率分别提高了10.23%、19.89%、12.76%、22.12%;潮汐流人工湿地中试系统按照"进水-反应5h-排水-闲置3h"运行,其出水水质指标达到GB3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅴ类水质要求,中试系统上层对TN去除效果最好,中层对CODCr和NH+4-N去除效果最好,下层对TP去除效果最好。

在潮汐流作用下25万吨级油轮系缆力的模型试验研究

通过２５万吨级油轮泊系福建炼油厂码头的室内系缆力模型试验，研究不同潮汐和流速下油轮泊系时的系缆力，讨论了一些主要因素的影响和计算方法，指出首缆力、尾缆力和倒缆力是最主要的系缆力，流速是对系缆力影响最大的因素，提出了系缆方式和安全措施。

有机负荷对潮汐流人工湿地净化农村生活污水的影响

农村生活污水排量逐年增加,传统人工湿地复氧能力较差,床体氧环境直接影响污染物去除效果.通过模拟农村生活污水间歇排放特征,构建新型潮汐流人工湿地小试试验,对比研究了不同COD 负荷下（167.9、221.9、610.3 和760.0 g·m-2·d-1）床体氧环境和污染物去除效果.结果表明：有机物浓度是潮汐流COD 去除效果的主要限制因素,COD 去除率最高为95.6%;NH4＋ -N 去除效果随有机负荷增加而逐渐升高（85.2%～98.7%）,有机负荷增加有助于加强异养菌同化作用.TN 去除规律同NH4＋ -N,反硝化强度因有机物增加而增加,TN 去除率最大为80.3%.火山岩吸附P 性能较差,而有机负荷的增加促进了聚磷菌（PAOs）的吸P 作用,TP 去除率最高达71.0%.

适用于路网潮汐流的可变车道设置方法研究

城市交通流潮汐现象导致了路段双向通行能力利用不均衡,早、晚高峰时段交通需求的不对称导致了早、晚高峰时段拥堵路段不具有空间对称性.本文从城市交通网络的角度出发,提出了一种对早、晚高峰时段可变车道设置方案进行综合决策的方法.以交通均衡理论为基础,以降低城市交通网络高峰期出行总费用和减少可变车道设置管理成本为目标,建立了一主二从双层规划模型,其中上层为可变车道设置的决策方案;下层根据上层决策方案分别对早、晚高峰时段交通需求进行交通分配,并设计了求解模型的遗传算法.算例分析表明,与不设置可变车道方案、早晚高峰时段分别设置方案进行比较,早晚高峰时段综合设置方案减少了系统总费用.

潮汐流人工湿地处理含双酚A污水

本研究利用潮汐流人工湿地处理技术处理含双酚A污水.研究结果表明,潮汐流人工湿地的最佳淹没反应时间和空床闲置时间均为24 h;在最佳运行条件下,芦苇床湿地对污水中COD_(Cr)、NH_3-N、NO_2-N、NO_3-N、TP、SS各污染物指标的去除效果比香蒲床湿地略高,而对双酚A的去除效果要略低于香蒲床湿地,其中芦苇床湿地对双酚A的去除率在74%—96%之间,香蒲床湿地对双酚A的去除率在70%—83%之间.芦苇和香蒲根际土壤多酚氧化酶活性在1.47—3.19 mg·g^(-1)之间,其中香蒲根际土壤多酚氧化酶活性高于芦苇,芦苇床和香蒲床潮汐流人工湿地系统都适合含双酚A城镇污水的处理.

潮汐流人工湿地处理高速公路服务区污水研究

研究芦苇和菖蒲床潮汐流人工湿地系统对径流污水的处理效果,结果表明SS去除率可达90%以上;总磷的去除率基本维持在50%左右;氨氮的去除率维持在40%-50%左右。重金属去除效果研究中,总Zn的去除效果比对溶解态Zn的去除效果好,其中芦苇床湿地对溶解态Zn的平均去除率为52.74%,对总Zn的平均去除率为62.65%,菖蒲床湿地对溶解态Zn的平均去除率为47.60%,对总Zn的平均去除率为59.15%。根际酶活性的研究结果表明,芦苇根际脲酶活性高于菖蒲,磷酸酶活性受重金属Zn影响较大,Zn对芦苇根际磷酸酶有一定的刺激作用,对菖蒲根际磷酸酶具有一定的抑制作用。

排水速率对潮汐流人工湿地中CANON作用的强化

为强化潮汐流人工湿地(TFCW)中基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)作用,探究了不同排水速率(v_d)下系统中氮素的迁移转化机制与微生物特征.结果表明,v_d可显著影响TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.当v_d由1.00降至0.50L/min时,填料层中逐渐形成较为严格的限氧环境,有利于短程硝化的稳定和厌氧氨氧化菌的富集,进而有助于CANON反应体系在TFCW中形成.而当v_d小于0.50L/min时,填料层中溶解氧相对不足,好氧氨氧化菌活性受到抑制,数量随之减少,CANON作用的强化效果有限,系统脱氮性能受到影响.当v_d为0.50L/min时,TFCW中的CANON作用可得到最大限度的强化,系统脱氮性能达到最佳,其TN和NH_4^+-N的去除负荷分别为(116.79±13.16)和(102.75±4.35)mg/(L·d).对v_d的合理设置可实现TFCW中CANON作用的强化,有利于CANON型人工湿地的构建.

瞬变潮汐流对单锚摇臂系泊系统大幅度回转运动的影响

为了研究瞬变潮汐流产生的单锚摇臂系统大幅度回转问题,针对单锚摇臂系统的特点建立水下摇臂和连接锚链的系泊模型。进一步基于三维波浪势流理论计算浮式生产储卸装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)的水动力参数,在时域内耦合分析稳态环境载荷作用下的FPSO-chain-yoke多体运动特性,并且与模型试验数据进行对比,验证了算法的准确合理性。在此基础上,对不同角度的FPSO风(流)载荷系数进行样条插值分段得到其与迎风(流)角度的关系表达式。结合单点系泊系统的风向标效应,实现对瞬变潮汐流问题的求解,重点讨论了大角度方向变化的潮汐流对单锚摇臂系泊系统回转运动的影响。通过与实际观测数据进行对比,验证了算法的工程应用价值,以期能够为探究单锚摇臂系统运动和轴承磨损行程提供研究方法和理论依据。