不同化学药剂对人工湿地基质堵塞的缓解效果与机理

以水平潜流人工湿地为研究对象,探究十二烷基硫酸钠(SDS)、次氯酸钠(NaClO)和过氧化氢(H_(2)O_(2))对基质堵塞的缓解效果与机理,并分析其工程应用可行性.结果表明,经过3种化学药剂处理后,基质层渗透系数分别提高53.3%、27.5%、210.7%.此外,H_(2)O_(2)对反应器污染物去除效率影响最小,并提高了NH_(4)+-N及TP的去除效果.3种药剂的投加对植物造成轻微伤害,但这种负面影响短期内(14d)可弹性恢复(93.8%、84.4%、84.4%).在微生物群落结构方面,化学药剂处理可以通过抑制生物膜形成细菌(如Pleomorphomonas属和norank_f__norank_o__Saccharimonadales属)的生长来缓解堵塞,并通过改善反应器厌氧环境促进脱氮除磷功能细菌(如反硝化细菌unclassified_f__Comamonadaceae)的生长来恢复反应器性能.结合堵塞缓解效果和工程应用可行性比较认为,3种药剂中H_(2)O_(2)为缓解人工湿地基质堵塞的最佳药剂.

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。

生物生态技术处理农村生活污水案例分析

采用生物生态技术处理农村生活污水,将“化粪池+调节池+跌水复氧+水平潜流人工湿地+稳定塘”组合工艺应用于河南省灵宝市某村生活污水处理。连续运行中发现,该工艺具有较好的处理效果,COD、NH_(3)-N、TP等主要指标的平均去除率分别为72.8%、58.2%、55.1%,出水水质满足《河南省农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB 41/1820-2019)二级标准,经处理的污水进入稳定塘暂存,并进行资源化利用不外排。本工程可为相似区域农村生活污水处理的技术选择和运行提供参考。

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。

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。

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。

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％.

连续流湿地中DO、ORP状况及与植物根系分布的关系

构建了水平潜流芦苇人工湿地以处理富营养化河水.在连续运行的近2a时间中,对湿地芦苇根系分布、湿地水体溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)的时空变化及水力负荷(HLR)对DO、ORP的影响等进行了研究.结果表明,当年生芦苇95%的根系生物量分布在0～20cm的基质层中,第2个生长年中97%的根系生物量分布在0～35cm的基质层中,第2年植物根系在深度方向上有了更大的扩展.湿地中上层水体DO和ORP在沿程方向上是逐渐升高的,底层的变化很小,在水深方向上上层大于中底层.受芦苇根系主要分布在基质上层的影响,距地表20cm的范围内基本属于中等还原环境,中底层水体为强还原环境,水平潜流湿地内部总体上是厌氧状态的.受植物光合作用及大气复氧作用的影响,湿地水体DO在1d之内先升高后降低.水体DO及ORP随着HLR的增大而降低.考察了植物根区ORP状况及根系分布对水体氧化还原状态的影响,结果表明,根系表面的ORP高达(260.6±54.3)mV,远高于水体的ORP(-220.3±21.5)mV.植物根系的释氧作用提高了根区的氧化能力.根区的好氧微环境不足以改变湿地内部的整体厌氧状态;但湿地上层大量根系分布仍然起到了改善湿地上层环境氧化状态的作用.

人工湿地中植物生长特性及其对TN和TP的吸收

构建了潜流水平芦苇湿地处理富营养化污水,在近2年的研究中考察了芦苇的生长规律、芦苇不同器官对TN和TP的吸收及季节变化,评价了植物吸收对湿地TN和TP的去除作用.结果表明,2个生长年内芦苇的生长规律不同,受第1年芦苇移植的影响,芦苇生长周期滞后,导致植物立枯生物量与活体生物量比例在2年中相同月差异很大.第2年芦苇地上生物量是第1年的3.9倍.芦苇组织中TN和TP含量遵循新鲜叶>成年根>新鲜茎的规律.新鲜植物组织中TN和TP含量变化相对不大,当植物枯萎时地上组织TN和TP含量明显下降.根中TN和TP含量在全年中基本维持稳定.植物净吸收随植物生长情况而改变,按全年衡算,当湿地进水TN和TP负荷分别为61.39和7.39 g/(m2.a)时,植物地上生物量吸收TN和TP分别占湿地TN和TP总去除量的46.0%和26.8%,植物吸收仍起到重要作用.

潜流人工湿地处理微污染河道水中有机物和氮的净化效率及沿程变化

以野外水平潜流芦苇砾石床人工湿地研究了湿地对微污染河道水的长期动态净化特性.2年多的运行结果表明,潜流湿地对污染物的去除性能存在波动、稳定过程.潜流湿地降解有机物和脱氮性能与植物生长和季节变化相关,其中植物生长和季节变化对湿地脱氮效能的影响大于对湿地去除有机物的影响.潜流湿地降解有机物的主要场所随运行时间沿程推移,启动期主要在湿地前部完成,稳定运行期主要在湿地的前、中部完成.湿地对有机物的去除率,在6.10%-37.83%之间变化.湿地运行期间,沿程水样C/N值基本〉5,碳源供应较充足.潜流湿地启动期TN平均去除率为15.51%,稳定运行期TN平均去除率为8.61%,低于启动期,整个运行期间湿地TN去除率不足40%.潜流湿地中硝化与反硝化反应在中部达到动态平衡,TN去除效率最高.稳定运行期间潜流湿地的前、中部耗氧强度最大,后部下层有明显硝化反应发生.潜流湿地对有机物降解、硝化与反硝化反应、TN去除具有沿程同步性.试验还初步发现,在植物生长旺盛的春夏季根系分泌的低分子有机酸对化能自养型硝化细菌可能有较大抑制作用,可能是影响脱氮效率提高的一个因素.

水平潜流人工湿地对污水中有机物的降解特性

采用芦苇-砾石（W1）、组合植物-砾石（W2）和芦苇-组合填料（W3）3种不同类型的水平潜流人工湿地系统处理受污染水体．当进水COD为44-96mg／L，HRT≥2d时，3个系统出水COD均〈30mg／L，达到地表水环境Ⅳ类水体COD标准．W2系统在HRT≥4d时，出水COD〈20mg／L，达到Ⅲ类水体COD标准．有机物降解速率依次为W2〉W3〉W1．GC／MS分析表明，与WI相比较，W2和W3出水中有机物的碳原子数、分子量和化合物组成类似，对污染物向低碳小分子迁移转化更为彻底．运用PCR-DGGE技术考察不同湿地系统中微生物种群及其分布特征表明，不同类型湿地系统中水生植物和填料种类及空间位置对微生物群落结构具有显著的影响．

水平潜流和垂直流湿地处理蓟运河水的效果比较

为了改善蓟运河的水质,使其达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的Ⅳ类水质标准,在蓟运河北岸的空地上构建了水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地,研究了其对河水的净化效果。为防止浮游藻类堵塞填料床,原水在进入人工湿地前先经加药气浮工艺预处理,当PAC的投加量为50 mg/L时,水平潜流人工湿地对COD、BOD5、SS、TN、NH3-N、TP的去除率分别为65%、50%、100%、70%、90%和65%,垂直流人工湿地对COD、BOD5、SS、TN、NH3-N、TP的去除率分别为45%、70%、100%、65%、95%、85%。两种人工湿地的出水水质均可以达到Ⅳ类标准,但考虑到冬季低温时,垂直流人工湿地的填料床极易发生冰冻的现象,所以建议采用水平潜流人工湿地处理蓟运河水。

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。

水平潜流人工湿地有机物去除模型研究

以总有机碳(TOC)做为模型参数,建立了1个水平潜流人工湿地有机物去除机理模型.通过对试验数据的拟合得到模型中的未知参数,再对模型进行验证.结果表明,模型预测值与实测值的吻合较好.种植花叶芦竹的水平潜流人工湿地和空白湿地对生活污水中总有机碳的去除率分别为92%和91%,去除的主要途径为生物降解作用,生物降解量占进水总有机碳的84%.植物对总有机碳去除有促进作用,但影响不大.

潜流水平沸石湿地系统的脱氮调节再生功能

构建了潜流型芦苇沸石人工湿地．通过两块并行湿地的相互切换运行，使得湿地具备了较强的氮去除能力，也实现了沸石在湿地中的生物再生．系统出水总氮和氨氮质量浓度分别低于1．98mg·L^-1叫和0．697mg·L^-1，平均去除率分别达到了93．4％和97．8％以上．研究了铵交换饱和的沸石分别在湿地系统中和在沸石床中生物再生过程，模拟了沸石生物再生时的动力学方程，探究了湿地中沸石生物再生的机理．沸石在湿地系统中经过1个月的再生，交换容量恢复到了原来的60．3％～62．6％，3个月后恢复到了原来的94．6％～94．8％．结果显示，沸石在湿地中再生比在沸石床中再生效果好．测定了再生后沸石再次交换氨氮的能力，氨氮交换容量可以恢复到原来的87．0％以上．

水平潜流人工湿地系统处理微污染原水的研究

采用水平潜流人工湿地系统处理微污染原水,同时考察了水力停留时间、温度、水力负荷以及植物的生长状况等对人工湿地系统处理效果的影响。结果表明,水平潜流人工湿地系统对微污染原水有较好的处理效果,COD、TP、TN、NH4+-N、NO3--N和NO2--N的平均去除率分别为51.55%、49.90%、51.74%、47.36%、52.67%和63.23%。按照国家地表水环境质量标准(GB3838-2002),经过湿地处理后,出水COD平均值达到Ⅰ类;出水TP平均值达到Ⅱ类;出水TN平均值基本接近Ⅳ类;出水NH4+-N平均值达到Ⅱ类。另外,研究表明,本系统在水力停留时间为3 d时,水力负荷为0.2 m/d处理效果最好,温度的变化与污染物的去除率呈正相关关系,植物生长旺盛程度直接影响着整个系统的处理效果。

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。

水平潜流人工湿地的脱氮机理及其影响因素研究

水平潜流人工湿地中氮的去除方式主要包括植物吸收、基质吸附和硝化-反硝化作用等,其中硝化-反硝化作用是其最主要的脱氮机理。水平潜流人工湿地的构造决定了其内部整体厌氧的环境,使其具有较好的反硝化脱氮效果。影响水平潜流人工湿地脱氮的主要因素包括溶解氧、基质、植物、碳源及运行条件等。探讨了影响湿地脱氮的主要因素,同时论述了提高湿地脱氮效果的措施,并对今后的相关研究方向进行了展望。

生态塘-人工湿地-生态塘复合系统对城市河水中氮的去除效果

为对滇池流域重污染河流的治理探究出一套有效、实用污水处理方案,该试验通过中试规模的生态塘1—水平潜流人工湿地—生态塘2复合系统,在不同的水力停留时间(3 d,2 d,1 d)条件下对昆明市新运粮河水中氮的去除效果进行研究。研究表明:生态塘1和生态塘2对河水中氮的处理都能保持良好的效果,且稳定性高,抗负荷能力强,总体上要优于人工湿地。其中,生态塘1在高负荷条件下的除氮效果最好,起到了蓄洪池、沉淀池等综合作用;生态塘2的处理效果表现稳定,保证了最终出水的水质,起到了生态塘和景观池的双重功效,具有良好的处理效果和景观效益;人工湿地对氮的处理效果较差,抗负荷能力较弱。在HRT为3 d、2 d和1 d条件下,复合系统对总氮(TN)的去除率分别为39.39%、25.26%、19.62%,对NH3-N的去除率分别为51.98%、29.14%、21.18%;对TN的处理均达到了城镇污水处理厂污染物一级排放标准,对NH3-N的处理均达到了城镇污水处理厂污染物二级排放标准;1 d宜作为复合系统运行的最佳HRT参数。生态塘1-水平潜流人工湿地-生态塘2复合系统对城市河水中氮的处理效果显著,可选择作为有效治理滇池流域重污染河流的工艺之一。

水位波动对水平潜流人工湿地脱氮效果的影响

通过构建水平潜流人工湿地模拟装置,设置水位变幅0,3,6,9cm/d的4组湿地系统CW1、CW2、CW3、CW4,探讨水位变化对湿地脱氮效果的影响规律.结果表明:水位变化确能通过改善湿地理化环境和硝化反硝化强度最终提高湿地脱氮效果.4种不同水位变动幅度下,DO平均质量浓度依次为(0.99±0.20),(1.14±0.19),(1.30±0.27),(1.34±0.27)mg/L,差异性显著(P<0.05),且随水位变动幅度增大而升高.微生物的硝化强度表征值与DO浓度差异性规律一致,且其随湿地沿程逐渐减小,沿深度方向则是湿地上层大于下层;反硝化强度表征值则随水位变动幅度增大而减小,其随湿地沿程先增大后减小.TN平均去除率依次为(89.04±0.80)%、(91.04±1.14)%、(93.94±1.23)%、(91.45±1.11)%,其中CW3系统去除率最高且与其他3组显著差异(P<0.05).CW3和CW4系统对NH+4-N去除效果较好且差异性不显著,其去除率分别为(93.79±1.19)%、(95.30±1.09)%.