Phosphorus removal from secondary effluents through integrated constructed treatment system

The treatment capacity of an integrated constructed treatment system (CTS) was explored which was designed to reduce phosphorus (P) from secondary effluents. The integrated CTS was combined with vertical-flow constructed wetland, floating bed and sand filter. The vertical wetland was filled from the bottom to the top with gravels, steel slag and peat. Vetiver zizanioides (L.) Nash was selected to grow in the vertical constructed wetland while Coix lacrymajobi L. was grown in floating bed. The results suggested that integrated CTS displayed excellent removal efficiency for chemical oxygen demand (COD), dissolved phosphorus (DP), and total phosphorus (TP). The average COD removal efficiency of the integrated CTS was 90.45% after 40 days of operation, the average DP and TP removal efficiencies of the integrated CTS were 97.43% and 96.40%, respectively. The integrated CTS has good potential in removing COD as well as P from secondary effluents.     

种植不同植物的人工湿地深度处理城镇污水处理厂尾水的中试研究

利用种植不同植物的人工湿地对污水厂尾水进行深度处理以达到更严格的排放标准.利用5块尺寸一致的中试规模人工湿地,以潮汐流作为运行方式,研究不同植物对尾水的处理效果.经过一年的实验,结果表明：5块人工湿地出水各指标均能达到提升标准的排放要求.在不同植物的去污效果对比实验中,种植芦苇（Phragmites communis）的人工湿地对化学需氧量（COD）、氨氮和总氮（TN）的平均去除率均为最高,分别为24.01%、68.15%和92.70%;种植风车草（Cyperus alternifolius）的人工湿地对TP的平均去除率最高,为71.68%.在不同季节的去污效果对比实验中,春季芦苇湿地对COD、氨氮和TN的去除效果最好,平均去除率分别为52.51%、76.06%和92.04%,美人蕉（Canna indica）湿地对TP去除效果最好,平均去除率为66.72%;夏季对COD、氨氮、TP和TN处理效果最好的分别是种植丝带草（Phalaris arundinacea）、菖蒲（Acorus calamus）、风车草和芦苇的人工湿地,平均去除率分别为15.83%、78.11%、67.30%和91.73%;秋季对COD、氨氮、TP、TN处理效果最好的分别是种植芦苇、丝带草、风车草、美人蕉的人工湿地,平均去除率分别为12.19%、58.82%、83.16%和94.01%;冬季对COD去除效果最好的是种植丝带草的人工湿地,平均去除率为33.39%,对氨氮、TP处理效果最好的是种植美人蕉的人工湿地,平均去除率分别为76.33%和79.43%,对TN处理效果最好的是种植芦苇的人工湿地,平均去除率为94.97%.在以后的实际工程中,可以考虑用种植不同季节、不同指标对应的最佳去污植物为主,并且搭配种植其他植物的人工湿地进行污水厂尾水的深度处理.     

人工湿地复合基质深度净水除磷实验

通过垂直上升流人工湿地模拟柱实验,研究了泥炭、蛭石、砾石以不同体积比(柱1比例1:1:3,柱2比例1:1:2, 柱3比例1:1:1,柱4全为砾石)组成的复合基质对人工湿地出水的深度除磷效果．结果表明,填充复合基质的柱1-3对总磷和正磷酸盐的处理效果较好,去除率分别达到了77％和90％以上,明显优于填充单一基质砾石的柱4(27％和 21％);蛭石、泥炭价格远高于砾石,从经济、有效的原则出发,用蛭石、泥炭、砾石以1:1:3的体积比例混合作为复合填料比较合理;该复合基质适合于水质深度净化,在进水总磷浓度不超过0．1 mg／L的情况下,除磷效果相当稳定,可以保证 0．02mg／L以下的出水浓度(地表Ⅲ类水质标准),并达到80％左右的去除率;遇到高浓度磷污染负荷冲击时,磷去除率会降低;该复合基质的除磷机制主要为吸附净化,单独使用易吸附饱和,而与人工湿地中与湿地植物的吸收净化衔接起来,就能形成稳定持久的除磷效果．     

分级进水对阶梯垂直流人工湿地污水处理效果的影响

本文研究了分级进水对阶梯垂直流人工湿地处理生活污水效果的影响.在保持总水力负荷为100 mm/d的情况下,分别将总进水量的0%、10%、20%和30%用于湿地第2级阶梯的进水,分析了系统对化学需氧量(COD)和氮、磷的总去除率和沿程变化.结果表明,不同分级进水比例条件下人工湿地对COD和总磷(TP)的去除率差异不明显,COD和TP的最高去除率分别为87.80%和81.17%,COD的去除主要集中在第1级,其贡献率平均为82.18%,TP的去除主要集中在第3级,贡献率平均为54.37%.分级进水对总氮(TN)去除率影响显著(P0.05),当2级进水比例为20%时,TN去除率最高,为61.70%±4.48%,且3个梯级对TN的去除贡献率分别为36.52%、42.11%和21.37%.相同组合形式的垂直流人工湿地处理生活污水的工程应用中,可根据需求设置20%左右的2级进水比例,以提高人工湿地对污染物的去除效果.     

城市湖泊水环境修复组合工艺效果研究——以深圳市荔枝湖治理工程为例

以深圳市荔枝湖为例,通过历时9个月的水质连续监测,研究该湖水污染综合治理工程实施后不同治理工艺的处理效果.研究表明,自动过滤工艺TP和COD平均去除率分别为33.6%和16.2%;生物砾石床工艺TP和COD平均去除率分别为39.O%和21.3%;人工湿地工艺TP和COD平均去除率分别为80.2%和56.1%.通过荔枝湖四湖总磷串联模型,计算在设计初始条件下,采用组合治理工艺时湖水恢复为地表Ⅳ类水所需要的时间.计算表明工艺每天运行24h,需要2.5d可将各湖TP浓度降至O.1mg/L以下,TP总去除量为7.27kg,去除率为46.%.     

湖泊湿地的水质净化效应——以太湖三山湿地为例

为了解湖泊湿地的水质净化效果,以太湖三山湿地为研究对象,综合利用遥感、GIS技术、现场水质监测、实验室分析和模型模拟等方法,分析三山湿地对污染物的拦截净化效果,进而探讨湖泊湿地对水体氮、磷污染物的削减渠道及其贡献率.结果表明三山湿地对太湖水体和三山岛生活污水均有明显净化效果.2014年三山湿地的总氮(TN)、总磷(TP)输入通量分别为549.45和19.4 t,通过水草打捞/收割分别去除20.99和4.52 t,湿地水体内TN、TP变化量分别为528.46和14.88 t,这部分营养盐输出途径包括沉积到底泥、降解转化、水体交换等.湿地的TN、TP拦截能力分别为2723.56和102.48 kg/(hm2·a).水生植物收割打捞与底泥疏浚是提高湿地水质净化能力的有效措施.水动力模拟结果显示,三山湿地建成后使附近水域水体流向发生变化,流速减小,对湿地内水质产生多方面的作用.     

生态型水源水体生态净化及其影响因素

水库水体污染控制及富营养化防治是保障城市原水供应安全的重要环节.本研究针对金泽水源水库太浦河来水氮、磷浓度较高的特点,自行设计建设了5个面积均为240 m~2的生态净化模拟试验池(A、B、C、D和对照)开展模拟试验,研究了不同水库形态、水生植物种植面积比例及种植方式对水体氮、磷污染物去除的影响.结果表明,通过模拟试验池的生态净化,原水中铵态氮(NH_4~+-N)、总磷(TP)和总氮(TN)的平均去除率分别为50.36%、53.73%和22.25%,C池TN和NH_4~+-N去除率最高分别达到了24.97%和54.61%,D池TP去除率最高,达到62.16%,水体溶解氧(DO)平均浓度提高了1.11 mg/L,平均透明度提高了27.6 cm,均显著高于对照池.水库形态结构、水生植物面积比例及种植方式对水体氮、磷污染物净化效果影响明显,增大水库浅水区面积能有效提高对水体氮、磷污染物的去除能力,增加水生植物种植面积能有效提高水体氮污染物去除和DO、透明度的提升能力,采用浮床种植方式能有效提高水体磷污染物去除和透明度提升能力.本研究结果能为金泽水源水库及其他类似水库的设计和建设提供科学依据.     

组合型浮床生态系统的构建及其改善湖泊水源地水质的效果

研究开发了一种由水生植物、水生动物及微生物膜构建的组合型浮床生态系统.在野外条件下,考察了该浮床对富营养化湖泊水在静态条件下的净化效果.结果表明,20 d内TN、TP的去除率分别为83.7%和90.7%,透明度也有大幅提高.而且,组合型浮床系统对有机物尤其是难降解有机物的去除能力较强,在25 d内,对r-BHC、HE、DDE、DDD、DDT的去除率分别为25.2%、63.8%、42.1%、71.6%和27.6%,氯苯、阿特拉津的去除率达55.9%和72.1%.水生动物的代谢活动提高了有机物的生物可降解性和氮磷的植物可利用性.该新型浮床可用于水源地水质改善、污水净化生态工程、富营养水体的生态恢复等.     

Variations in Phosphorus Speciation in Pilot Scale Subsurface Flow Wetlands Constructed with Blast Furnace Slag and Gravel

Variations in phosphorus (P) speciation were compared for two types of pilot scale wetlands: a blast furnace slag‐based constructed wetland (SCW), and a gravel‐based constructed wetland (GCW). Synthetic secondary effluent was used as the influent of the wetlands, which contained 1.1 mg/L P with more than 95% present as soluble reactive P (SRP). However, dissolved organic phosphorus (DOP) and particulate phosphorus (PP) emerged in the water along both wetlands. The levels of these three P species varied between the two wetlands. The GCW was more efficient than SCW at removing SRP, but showed a different trend. SRP decreased continually in the SCW, while it increased at the end of the GCW due to biological release. DOP was constant in SCW and GCW, and the mean value was 0.023 and 0.020 mg/L, respectively. The mean values of PP in the GCW ranged between 0.093 and 0.216 mg/L; much higher than the 0.05 ± 0.01 mg/L measured in the SCW. Sequential extractions showed that iron bound PP (Fe‐PP), aluminum bound PP (Al‐PP), organic PP (Org‐PP) and occluded PP (Oc‐PP) were the major components of PP at most locations of the GCW. Fe‐PP decreased from 0.53 to 0.14 mg/L in the upper layer, with DO steady at about 0.15 mg/L at the bottom. Oc‐PP increased at each layer. Al‐PP and Org‐PP were steady in the first 140 cm of the GCW, but decreased sharply at the end. Considering the variation of SRP, DOP and PP fractionations, it can be seen that PP exchanged intensively with SRP in the GCW, and might act as an intermediate in the P removal process. Part of the SRP was first transformed into PP, and then absorbed by substrates or deposited in the wetlands. P removal was mainly via Ca precipitation in the SCW, but involved multiple mechanisms in the GCW, such as precipitation, adsorption and biological interactions. The multiple P removal mechanisms might be the reason for the low proportion of SRP, and the better P removal efficiency observed in the GCW.     

沙基和浮床培养方式种植水芹对人工湿地冬季水质净化能力的对比

针对人工湿地冬季净化能力不足以及不同湿地植物种植方式可能影响其净化效果的湿地构建问题,通过小试实验,研究了沙基法和浮床法种植水芹(Oenanthe javanica(Bl.)DC.)对冬季人工湿地净化富营养水体效果的影响.在整个冬季,4个实验周期中,处理期间总磷(TP)和总氮(TN)去除率表现出显著差异:对照组(CK)、沙基种植组和浮床种植组4个周期对TP的去除率平均值为20.17%±19.23%、59.60%±7.54%和45.44%±29.22%;对TN的去除率平均值依次为:29.83%±19.65%、64.89%±23.01%和60.50%±25.86%.与CK组相比,冬季种植水芹可显著提高湿地对TP和TN的去除率;与浮床种植方式相比,沙基种植方式的TP和TN去除率略有提高.而对于COD的去除率,沙基种植组周期间波动较大(-27.5%~52.92%),浮床种植组组周期间更为平稳(10.83%~40.42%),浮床种植组在全部4个周期的平均去除率(23.13%±14.41%)略高于沙基种植组(19.38%±35.38%).2种种植方式下,水芹均可安全适应冬季温带气候;与沙基种植法相比,浮床种植方式更有利于植物总生物量的增加,特别是根系生物量的增加;相对于浮床种植,传统的沙基种植法能使水芹根系在温带冬季大部分时间内保持较高的活力和泌氧能力.因此,考虑到建设成本,在浅水区域可优选传统的沙基(或底泥)种植方式;在深水区域,使用浮床种植的方式,也能保证耐寒水生植物安全度过冬季和保持较高的净化能力.     

微曝气生态浮床净化入湖河口污染河水原位模型实验

针对污染河水黑臭缺氧、NH_4~+-N含量高等问题,研发了一种"漂浮载体悬挂弹性生物膜填料+水生植物并辅以人工微曝气系统"的微曝气生态浮床系统.通过原位模型实验,研究了其在大清河入湖河口对污染河水的净化效果,当水力负荷为1500mm/d时,对TN和NH_4~+-N的平均去除率分别为81.1%、91.3%,对TP的平均去除率为72.7%,对PO_4~(3-)-p的平均去除率为92.5%,对有机物亦有较强的去除能力;处理1m~3水需要的曝气费用约为0.007元.微曝气生态浮床系统整体运行稳定、去除效率高、能耗低,适合流水环境,可直接在污染河道和人湖河口区对污染河水进行自流净化.     

添加固体碳源对垂直流人工湿地污水处理效果的影响

以垂直流人工湿地小试系统为研究对象,探讨了不同位置(表层、上层、中层和下层)添加固体碳源对系统氮、磷及COD_Cr去除效果的影响.结果表明:湿地下层硝态氮去除率低于中层,最适宜碳源添加位置为垂直流人工湿地中、下层.添加碳源系统中,碳源添加位置为表层的系统COD_Cr去除率最高,各系统出水COD_Cr浓度均低于进水,不引起系统出水中COD_Cr浓度的增加.添加碳源显著提高脱氮除磷效果,碳源添加位置为下层的系统TN去除率最高,碳源添加位置为表层的系统氨氧化作用明显,出水铵态氮浓度最高,各系统对亚硝态氮和硝态氮去除率差异不明显,但对硝态氮都表现出良好的去除效果.碳源添加位置为下层的系统硝化作用最完全,TP去除能力也显著优于其他各系统.添加碳源至垂直流人工湿地下层可以达到同步脱氮除磷的效果.     

东南丘陵山区深水水库两种浮床植物脱氮效率对比研究

为探究东南丘陵山区深水水库中生态浮床技术深度脱氮的效率及管理措施,以大型山谷型深水水库千岛湖为例,选取湿生植物空心菜(Ipomoea aquatica)和水生植物粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum),采用生态浮床技术,开展了原位模拟实验对比研究,探究不同营养盐浓度和光强下两种植物的生长状况与氮素去除效率。结果发现:(1)空心菜长势受营养盐和光照条件影响明显,添加氮磷后(TN=2.37 mg/L,TP=0.046 mg/L)的空心菜生物量是原位水体(TN=0.66 mg/L,TP=0.028 mg/L)的1.6倍,适当遮光有助于浮床植物生长,40%遮光条件下空心菜的生物量是不遮光条件下的1.5倍;而粉绿狐尾藻生长受营养盐和光照条件影响均较小。(2)空心菜对于水体氮素净化能力显著高于粉绿狐尾藻,在最佳条件下空心菜和粉绿狐尾藻对氮素的去除效率分别达到213.30和44.23 mg/(m²·d)。(3)空心菜去除氮主要以植物同化作用为主,占70%以上TN去除量,40%遮光环境通过明显提升空心菜同化吸收氮量和根系反硝化速率增强了氮的去除能力;粉绿狐尾藻同化吸收和反硝化脱氮作用各占50%左右,以遮光75%下脱氮效果最好。本研究表明,采用生态浮床技术能够强化深水水库的脱氮能力,空心菜更适合在氮浓度较高的水体生长,夏季为空心菜和粉绿狐尾藻浮床分别进行40%和75%的遮光处理将有更好的水质净化效果。因此,在滨岸湿地匮乏的深水水库实施多种植物搭配的生态浮床技术强化水体脱氮作用是一种行之有效的水质改善方法。     

云南抚仙湖窑泥沟复合湿地的除氮效果

为了延缓抚仙湖局部湖湾水体富营养化趋势,在北岸建设了净化面积1hm2.的复合人工湿地.综合利用生物氧化塘、水平潜流湿地和表面流湿地治理技术,对入湖河道窑泥沟污水中氮的去除效果进行了试验研究.试验结果表明,湿地系统的除氮效果十分明显,水力负荷年平均为437mm／d,氮负荷年平均为3.315 g／(m2·d),湿地系统氮滞留量年平均为1.91g／(m2·d).其中,通过植物吸收同化作用除氮量为0.142g／(m2·d),占总氮滞留量的7.5％左右.湿地系统对污水中硝酸盐及亚硝酸盐氮(NOX-)、氨氮(NH4+)、有机氮(TON)和总氮(TN)的去除率年平均分别为62.7％、53.8％、62.4％和57.5％.在湿地系统各功能区中,表面流人工湿地除氮效果最佳,氮去除率年平均为39.4％,硝化和反硝化作用均较强;生物净化塘除氮效果次之,氮去除率年平均为18.5％;潜流人工湿地氮去除率年平均为10.6％;沉淀池中氮去除率年平均只有3.6％.     

苏北溱湖芦苇和芦苇+香蒲群落中植物对湿地土壤N、P的固持效果

湿地土壤是湿地生态系统固持氮(N)、磷(P)的重要库,水生高等植物在湿地土壤固持N、P过程中起到了非常重要的作用.本研究采用室外取样与室内实验结合的方法,对溱湖湿地两种主要湿地类型(芦苇(Phragmites australis)群落和芦苇+香蒲(Typha latifolia)群落)影响湿地土壤N、P固持过程的规律展开研究.分析了芦苇、香蒲各器官生物量和总氮(TN)、总磷(TP)含量及储量对于土壤各土层TN和TP含量的影响.结果显示:(1)溱湖湿地对于水体TN和TP有一定的削减作用,且对TN的削减作用更大;(2)芦苇可以增强湿地土壤(30 cm以下的土层)富集N的效率,并且芦苇+香蒲群落中土壤固N效率更高,芦苇植株内TN和TP储量都是根茎叶穗,而香蒲则是根穗茎叶;(3)芦苇和香蒲茎、叶器官的TN和TP含量在夏季均显著高于其他几个季节,尤其是芦苇茎的TN含量在夏季高出其他几个季节70%~84%,而TP含量甚至高出其他几个季节81%~92%;(4)芦苇、香蒲对于P贫瘠的响应机制不同,导致芦苇会消耗土壤P,而香蒲的介入可以抵消这一消耗过程.因此,芦苇+香蒲的植物配置模式可以提高湿地土壤固持N、P的综合效率.     

利用生物膜强化表流湿地处理农村生活污水的试验

针对农村生活污水难以集中处理的问题,提出了采用生物膜强化表流湿地工艺就地进行农村生活污水处理的方法,并对其进行试验研究.结果表明:在表流湿地表面设置生物膜载体后,系统的水质净化能力提高,处理负荷较高的条件下(COD_Cr:657.27 mg/L、TN:26.27 mg/L、TP:8.66 mg/L和SS:276 mg/L),处理效果显著提高.在效果明显的试验组中,生物膜设置后系统对TN、TP、COD_Cr的去除率分别提高了21.64%、16.24%、19.12%.另外,通过对系统中微生物的检测发现,生物膜载体的引入对湿地系统本身影响不大,系统水质净化能力的提高主要源于载体上微生物的增加.该方法在未增加系统占地面积的情况下提高了水质净化能力,为解决农村生活污水处理难的问题提供了新的思路.     

淤泥生态浮床的构建及其对富营养化水体净化效果

利用武汉月湖清淤底泥为主要原料,配以膨胀珍珠岩为轻质材料、灰渣胶凝材料为粘合剂制得淤泥生态浮床,并考察其对富营养化水体的改善效果.研究表明,湖泊淤泥、膨胀珍珠岩、灰渣胶凝材料掺量分别为60%、15%、25%时,浮床模块的密度、抗压强度、抗折强度、吸水率、软化系数达到797.2kg/m3、1.02MPa、0.21MPa、13.2%和85.5%,满足设计需要.在为期32d的净水试验中,淤泥生态浮床对富营养化水体净化效果较好,TN、TP、NH4+-N、PO34-P、CODMn、Chl.a的去除率最高分别可达31.1%、38.6%、37.2%、36.9%、39.7%和48.8%.淤泥生态浮床有效解决了湖泊清淤底泥的处置问题,并且可对富营养化水体取得较好的生态修复效果,适合推广使用.     

人工湖滨湿地磷素汇-源功能转换及理论解释

采用水动力弥散和吸附理论建立了表流湿地水-土界面磷通量模型,定义了湿地汇-源转换的临界水体磷浓度值.模型揭示,湿地对磷的截留是水动力弥散和吸附共同作用的结果.在湿地建成运行初期,吸附作用明显,临界浓度值较低,湿地较好地发挥截磷功能.随着湿地的运行,土壤吸附趋于饱和,吸附作用减弱,水动力弥散变为主导因素,临界浓度值增大,使湿地除磷功能减弱,在一定条件下,反而可能释放磷.本文建立的磷通量模型具有明确的物理基础,能解释湿地对磷去除功能退化的机理和汇-源转换条件.应用模型对抚仙湖马料河湿地的观测数据作了初步解释,该湿地运行两年后,临界磷浓度值为0.58 mg/L,湿地除磷功能明显衰退.     

乌江磷浓度与通量变化及来源解析

磷(P)是长江流域备受关注的污染物。乌江是长江八大支流之一,位于三峡水库近库尾江段。武隆断面是乌江入长江控制断面。对1998—2019时期武隆断面径流量、悬浮泥沙浓度(SS)与输沙量、磷浓度与通量(包括总磷(TP)、溶解态磷(DP)和颗粒态磷(PP))年际变化及季节特征进行研究,并基于河流基流分割原理对磷的来源进行了解析。结果表明,(1)1998—2019年,乌江武隆断面径流量在一定幅度内上下波动,而悬浮泥沙浓度和输沙量下降剧烈。(2)22年来,乌江TP和DP浓度与通量总体上呈先升高后下降的趋势,2009—2013年为磷污染峰值期,TP和DP浓度与通量远高于其它时期。(3)2007年是一个重要的时间节点,该节点前,TP的赋存形态以颗粒态为主,颗粒态磷在总磷中的占比均值为65%;该节点后,TP的赋存形态转变为以溶解态为主,颗粒态磷占比均值下降为16%,相应地,溶解态磷占比由35%上升为84%。水沙条件改变是磷形态发生显著变化的主要驱动力,磷污染程度亦是磷形态变化的重要影响因素。(4)磷通量在年内的季节分布发生了显著变化,丰水期磷通量减少,枯水期磷通量增加。(5)1998—2012、2009—2013和2014—2019年3个时期点源负荷占比分别为23.5%、36.8%和62.1%,呈增加趋势。(6)建议制定适宜的总磷控制目标,结合目前所存在的磷污染风险点,进一步强化监管,侧重源头治理。     

Plant growth and the performance of mangrove wetland microcosms for mariculture effluent depuration

This study established wetland microcosms that were either unplanted or planted in monoculture with native mangrove species in Taiwan (Avicennia marina, Rhizophora stylosa, and Lumnitzera racemosa) for the purpose of receiving high-salinity mariculture effluents; additionally, the microcosms operated at different hydraulic retention times (HRTs). Plant growth and the performance of the microcosms with respect to pollutant removal were investigated. The results showed that seedlings of all three mangrove species survived and grew sufficiently well under continuous flooding. The presence of mangroves consistently improved SS, BOD₅, and TP removal, particularly under short HRT conditions. The mangrove microcosms removed pollutants from the mariculture effluents with efficiencies of 5.7-27.1% (SS), 4.9-36.3% (BOD₅), 18.7-29.9% (TP), 21.2-49.8% (NH₄-N), and 5.4-37.7% (NO_x-N). A. marina and L. racemosa were more tolerant of continuous flooding than R. stylosa. However, no species displayed consistently superior performance in decreasing all pollutant-related parameters investigated. For all pollutants, microcosms operating at a 2-d HRT exhibited a higher removal efficiency than those operating at a 0.5-d HRT.