Effects of Hydraulic Loading of Vertical Flow Constructed Wetland Clogging

[Objective] The aim was to al eviate the constructed wetland clogging problems and to explore to the effects of hydraulic loading on wetland clogging. [Method] The experiment, through artificial soil columns, simulated vertical flow arti-ficial wetland, set four hydraulic load level at 50, 100, 150 and 200 cm/d, to identify the impact of hydraulic loading on wetland clogging and to explore the factors run-ning threshold. [Result] The results show that the different levels of hydraulic loading have greater impact; in the constructed wetland clogging process under high hy-draulic loading of 200 cm/d, the effective life was only six months, and the single factor can be speculated that the threshold of the hydraulic load should be at 100-150 cm/d; system can last for six months at low hydraulic loading and last for three months at medium hydraulic load. [Conclusion] The research provides references for wetland clogging experiments in future.

Application of computational fluid dynamic to model the hydraulic performance of subsurface flow wetlands

A subsurface flow wetland(SSFW)was simulated using a commercial computational fluid dynamic(CFD)code.The constructed media was simulated using porous media and the liquid resident time distribution(RTD)in the SSFW was obtained using the particle trajectory model.The effect of wetland configuration and operating conditions on the hydraulic performance of the SSFW were investigated.The results indicated that the hydraulic performance of the SSFW was predominantly affected by the wetland configuration.The hydr...

3种水生植物潜流人工湿地模拟处理池塘养殖尾水的研究

为了解潜流人工湿地对养殖尾水的处理效果,比较蕹菜、凤眼莲、喜旱莲子草三种水生植物潜流人工湿地对草鱼养殖池塘尾水的净化效果,并探讨潜流人工湿地在不同水力负荷、排停水和排水转换对池塘养殖尾水的处理效果,以及潜流人工湿地微生物群落多样性和组成。结果显示:蕹菜、凤眼莲和喜旱莲子草分别对总磷(TP)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)和化学需氧量(COD_(Mn))去除率最高,为24.7%、25.1%和25%。停水时,蕹菜、凤眼莲和喜旱莲子草均对NH_(4)^(+)-N去除率最低,分别为-526.07%、-871.08%和-1196.46%。水力负荷为低(5.76 m^(3)/d)时,蕹菜、凤眼莲和喜旱莲子草分别对COD_(Mn)、NH_(4)^(+)-N和TP去除率最高,为30.4%、42.5%和22.1%。蕹菜Shannon、Ace和Chao 1均最高,喜旱莲子草Simpson最高。3组样本共分析出5131个OTU,注释为45个门,293个目和974个属;蕹菜停水前、中和后共分析出5021个OTU,注释为47个门,294个目和953个属。研究表明,水生植物潜流人工湿地对养殖尾水具有一定的净化效果,运行期间停水会降低净化效果,水力负荷低的净化效果大于中和高,微生物群落多样性和组成的差别影响了人工潜流湿地对养殖池塘尾水的净化效果。

潜流人工湿地处理农田退水的温室气体排放特征研究

人工湿地作为一种生态、低耗的污水处理技术,在去除污染物的同时,也产生和排放温室气体。本研究基于处理农田退水的中型人工湿地系统,探讨了不同运行方式、湿地构型和水力停留时间等因素对温室气体排放的影响。结果表明:运行方式对温室气体排放的影响受到水力停留时间的制约。水力停留时间1d时,连续运行的潜流湿地的CH4排放通量[-0.062mg/(m^(2)·h)]显著高于间歇运行的潜流湿地[-0.225mg/(m^(2)·h)](P<0.01),间歇运行的潜流湿地N_(2)O排放通量略高于连续运行的潜流湿地。水力停留时间1—3d时,水平潜流湿地的CH4排放通量和N_(2)O排放通量均显著高于垂直潜流湿地的CH4排放通量和N_(2)O排放通量(P<0.01);水力停留时间与温室气体排放通量呈正相关。研究结果可为降低人工湿地的温室气体排放提供参考。

生物炭改良曝气折流式人工湿地对生活污水的降解效果

为探究生物炭对折流式人工湿地的改良效果,明确生物炭在折流式人工湿地中的最佳应用方法,构建了生物炭曝气折流式人工湿地。通过小试实验考察了添加污泥生物炭对湿地处理生活污水中污染物效果的影响,研究了不同曝气时间和水力负荷条件下,湿地对污染物去除效果的变化,并确定合适运行参数。结果表明:添加污泥生物炭对折流式人工湿地净化污水有显著改良作用,对COD、NH_(4)^(+)-N、TN和TP的平均去除率分别提高了5.41%、5.31%、12.16%、25.46%;随着曝气时间增加,COD、NH_(4)^(+)-N的去除率增加,而TN和TP的去除率先升高后降低,适当的曝气时间才是高效去除污染物的关键;随着水力负荷增加,COD、NH_(4)^(+)-N、TN、TP的去除效果均下降;在曝气条件为0.5 L/min,4 h/d,水力负荷为0.37 m^(3)/(m^(2)·d)时,污泥生物炭改良的曝气折流式人工湿对污染物的去除效果最佳。因此,添加污泥生物炭能够实现折流式人工湿地对污染物的高效去除,将其用作湿地基质具有广阔应用前景,对人工湿地去除生活污水的工程应用具有一定参考价值。

两种基质下水平潜流人工湿地处理污水厂尾水的中试

为比较页岩陶粒和砾石两种基质的水平潜流人工湿地在不同水力负荷条件下对污染物的去除效果,搭建一套人工湿地中试装置对武汉某污水处理厂尾水进行处理,并通过高通量测序技术比较分析两种基质中的微生物群落结构。结果表明:水平潜流湿地在低水力负荷[0.3~0.6m^(3)/(m^(2)·d)]运行时,COD、NH3-N和TN得到较好的去除,而在高水力负荷[1.2m^(3)/(m^(2)·d)]运行时,TP的去除效果较好。与砾石水平潜流人工湿地相比,页岩陶粒水平潜流人工湿地在不同水力负荷下对污染物的去除效果较优,且湿地中的Pseudomonas、Flavobacterium、Arenimonas、Saccharimonadales、Paracoccus、Nitrospira、Terrimonas等功能菌属丰度更高,有利于湿地对污染物的去除。页岩陶粒水平潜流人工湿地对污水厂尾水的净化效率更高,建议根据实际情况进行工程应用。

Effect of Different Factors on Nitrogen Removal Rate in Constructed Wetlands

Factors affecting total nitrogen(TN) removal rates in constructed wetland were investigated by intermittent operation in the subsurface flow(SSF) constructed wetland system.The results demonstrated that removal rates of TN increased with the rising of TN pollution load(1.40-12.40 g/m2) when the retention time was determined by 60% TN removal efficiency(n=180,p<0.05) in SSF wetlands.The maximum TN removal rate was 1.71 g/(m2·d) in SSF Phragmites australis-soil-slag system.TN removal rates were affected by total phosphorus load in case of higher TN load.TN removal rates in SSF Phragmites australis wetlands were greater than that in SSF Calamagrostis angustifolia wetlands at the same experimental cycle.Effect of wetland substrates on TN removal rates varied with the pollutants loading in SSF constructed wetland system,plant species and plant-growing period.

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。

高负荷潜流人工湿地处理工业污水厂高盐尾水的中试试验

人工湿地是解决工业废水近零排放及资源化的重要方法之一,正被快速推广应用于工业污水厂尾水深度处理。文章构建一处适用于工业污水处理厂高盐尾水深度处理的高负荷潜流人工湿地中试区,利用下部进水廊道及透水滤水板、上部填料及植物的新型构造,采用单因素控制变量法探究不同水力负荷、运行温度和湿地填料下中试湿地对高盐尾水中COD_(Cr)、氨氮、TN和TP去除效果,并初步探究湿地对高盐工业废水中污染物净化机理。结果表明,在水力负荷为常规潜流湿地的1.75~3.50倍时,中试湿地对高盐(Cl^(-)≈1903.6mg/L)、低碳(BOD_(5)/COD_(Cr)≈0.21)、高氮(BOD_(5)/TN≈1.00)化工污水厂尾水的COD_(Cr)、氨氮、TN、TP平均去除率约为14.61%±14.05%、13.78%±32.98%、32.63%±19.89%、13.38%±13.56%。当水力负荷从2.8m^(3)/(m^(2)·d)降低至1.4m/(m^(2)·d)时,湿地对COD_(Cr)去除率从11.69%提升至22.73%。当运行温度从12.21℃升高到22.99℃时,TN、氨氮去除率分别从15.35%、44.89%提高至39.44%、47.68%。吸附性能和离子交换能力更强的沸石填料湿地对TN、氨氮去除率最高,分别达41.90%、21.05%,其次为生物炭、陶粒。生物炭和沸石填料湿地对TP的去除更佳,分别达到21.98%和18.26%。该高负荷潜流湿地对氮磷去除效果较好且单位处理量下占地明显减小,具有一定工程应用价值。

不同填料在高负荷垂直流人工湿地系统中净化能力的研究

选取砾石、沸石、无烟煤、页岩、蛭石、陶瓷滤料、高炉钢渣、圆陶粒8种填料,在较高水力负荷(1000～2500mm·d-1)的条件下,进行垂直流人工湿地模拟柱净化污水实验。结果表明,无烟煤、圆陶粒、砾石具有较好去除有机物的能力,对COD的去除率达到50%以上;钢渣和无烟煤对BOD的去除率达到70%以上。沸石和陶瓷滤料对总氮和氨氮的去除率达到70%以上,其他几种填料对总氮和氨氮的去除率仅为20%左右。高炉钢渣和无烟煤具有较好去除磷的能力,高炉钢渣对总磷和总溶解性磷的去除率达到90%以上,无烟煤对总磷和总溶解性磷的去除率达到60%～70%。孔隙率的变化对垂直流人工湿地的净化能力有显著影响。在垂直流人工湿地处理系统中,通过选择合适的填料,如无烟煤、圆陶粒、沸石,在较高的水力负荷条件下可获得较好的处理效果。

垂直流湿地处理低浓度生活污水的水力负荷

在5种水力负荷条件下,采用连续进水、间歇排水的运行方式,对2种垂直流湿地处理低浓度生活污水的去除效果进行了研究.结果表明,在水力负荷为0.085,0.106,0.141,0.212m3/(m2d)的条件下,多层填料(1#)湿地和双层填料(2#)湿地对CODCr和NH4+-N的去除无明显差异,出水CODCr和NH4+-N浓度均低于30mg/L和5mg/L.两垂直流湿地CODCr净化负荷与有机污染负荷之间呈显著的正相关关系(n=4R2>0.98).垂直流湿地中氮的去除主要是依靠微生物的硝化和反硝化作用;进水水质、水力负荷和温度等影响湿地系统硝化和反硝化作用的进行,水力负荷为0.141m3/(m2d)时,总氮(TN)去除效率与有机污染负荷呈正相关.

水力负荷对潜流湿地净化效果和氧环境的影响

以芦苇水平潜流人工湿地系统作为研究对象,研究水力负荷(HLR)的变化对湿地净化效果和氧分布的影响。结果表明,随着HLR由454下降至91mm.d-1,湿地对NH4+-N、NO3--N、TN、TP、COD的净化能力分别提高了约约35、8、20、25和20个百分点。运行期间,湿地水体溶解氧(DO)在水平方向上从前至后呈下降趋势,在垂直方向上,水体DO上层要高于下层。随着HLR的降低,湿地水体DO水平方向和垂直方向上的差异有缩小之势。同时湿地床层的DO含量随着HLR的下降呈现出升高态势,且湿地床上层的DO波动变化较明显。研究发现,湿地床的耗氧过程和复氧过程能同步协调进行,当污染物降解的耗氧速率大于湿地系统的复氧速率时,会出现湿地水体DO不升而降的现象。

垂直流人工湿地系统中不同组合填料净化能力研究

在较高水力负荷(1～2.5 m/d)下,选取沸石、无烟煤、蛭石、高炉钢渣、生物陶粒等5种填料,采用不同组合方式构建了4个模拟垂直流人工湿地并处理污水。结果表明:组合填料的种类、装填顺序和装填方式对净化效果产生了较大影响;与单一填料相比,4种组合填料对COD的平均去除率都有所提高,对BOD5的净化能力则略有降低;由上至下依次填充无烟煤、生物陶粒、沸石的组合填料具有较好的脱氮功能,对TN和NH4+-N的平均去除率分别达到85%和91%;由上至下依次填充无烟煤、蛭石、钢渣的组合填料具有较好的除磷功能,对TP和TDP的平均去除率均可达到85%以上;钢渣在组合填料中所处位置对除磷效果有较大影响;与分层布置组合填料相比,不同填料进行简单的掺混后,其净化能力要弱于单一填料的。

不同基质高负荷垂直流人工湿地水力特性研究

以沸石、无烟煤、页岩、蛭石、砾石、陶瓷滤料、高炉钢渣、生物陶粒等8种基质为材料,在1 000—2 500 mm/d的高水力负荷条件下,研究了不同基质在垂直流人工湿地模拟柱中运行1年的水力学特性和系统堵塞动态。结果表明:基质系统的水力停留时间和水头损失可间接反映湿地堵塞状况;基质自身结构与其水力学特征密切相关。生物陶粒、高炉钢渣和沸石3种基质分别填充的系统内部水头损失较小、水力停留时间短、堵塞不明显;砾石、蛭石堵塞较为严重。通过对不同基质的含水率和孔隙率的分析发现,基质的高含水率(如蛭石)有利于垂直流人工湿地对污染物的去除,但却不利于湿地的运行管理;基质的高孔隙变化率(如页岩和砾石)是湿地系统发生堵塞的重要驱动因素。因此,如何根据不同结构特性和水力学特征选择基质对垂直流人工湿地的设计和运行管理非常关键。

潜流与复合垂直流人工湿地处理村镇生活污水试验

针对村镇生活污水,开展水力负荷对潜流与复合垂直流人工湿地脱氮效果影响的研究,结果表明:两种人工湿地对村镇生活污水均有较好的处理效果;随水力负荷升高,两种人工湿地除碳、脱氮率不同程度降低。潜流人工湿地除碳效果优于复合垂直流人工湿地,复合垂直流人工湿地脱氮效果更佳;水力负荷≤0.25 m3/(m2·d),两种人工湿地对COD去除率均大于90%,复合垂直流人工湿地对NH3-N、TN去除率保持在60%以上,出水水质优于一级A标准。动力学研究表明一级动力学模型能较好拟合两种人工湿地的COD、NH3-N、TN去除规律。

基于人工湿地的循环水产养殖系统工艺设计及净化效能

该研究首次将复合垂直流人工湿地同池塘养殖结合．通过构建养殖-湿地生态系统，验证人工湿地对水产养殖用水和废水净化与回用的可行性。近9个月的新建人工湿地运行结果表明，水力负荷从313、469、625mm／d增加到781mm／d，人工湿地对TSS、CODcr和BOD5去除率的变动范围分别为80．5％～82．9％、45．2％～64．2％和61．0％～77．0％，对NH4^＋-N、NO3^-—N、TN去除率的变动范围分别为51．5％～67．8％、-90．6％～40．0％和29．1％～68．6％，对TP和IP的去除率为72．7％～89．1％和o～33．3％，对细菌总数、总大肠菌群、藻类等生命物质也有较好的去除效果，湿地出水水质除溶氢外能诀到国家渔业水质标准。初步结果表明人工湿地应用于水产养殖用水处理和回用具有广阔的前景。

水力负荷对垂直流人工湿地堵塞影响研究

采用基质孔隙率的变化和堵塞物的定量化分析方法研究了0.3、0.6、0.9、1.2 m.3m-.2d-1 4个水力负荷对垂直流人工湿地基质堵塞的影响,同时分析了人工湿地去除污染物的能力随运行时间的变化情况。结果表明,水力负荷对人工湿地基质堵塞有较大影响,在水力负荷小于0.3 m3.m-2.d-1时不易发生堵塞;基质中累积物的含量随着基质深度的增加而减小,其中无机物的积累比有机物的积累高出4.5倍以上;基质的堵塞对COD的去除效果影响不明显,但对氨氮的去除效果影响较大。随着基质堵塞程度的加剧,氨氮的去除率逐渐下降。应结合考虑基质堵塞和污染物去除效果2方面因素来选择垂直流人工湿地的水力负荷条件,以确保人工湿地持久稳定的运行。

不同水力负荷率对潜流人工湿地内部污染物迁移转化的影响

为深入研究污染物在潜流人工湿地各填料层内的迁移转化规律,提高潜流人工湿地污染物降解效率,考察了4种进水水力负荷率(HLR,0.15、0.35、0.55、0.80 m^3/(m^2·d))下潜流湿地填料层内部不同区域DO、COD和氨氮浓度分布。结果表明:HLR为0.35m^3/(m^2·d)时,湿地内部DO浓度水平最高,湿地系统污染物处理效果最好,COD、氨氮去除率分别为93.32%、90.16%,COD及氨氮的主要降解区域分别为湿地0~60、0~40cm深度处,60cm深度以下DO水平较低,为污染物降解低效区,可研发新技术提高湿地底层DO水平以提高COD及氨氮去除效果。