人工湿地系统不同流段中氮的去除效果研究

2015年8月13~19日,通过模拟实验,在植物生长期,设置不同初始进水总氮浓度,研究不同流段人工湿地中氮的去除效果,并探讨了其作用机理。设置2组由表面流段—垂直流段—水平流段组成的模拟装置,其有效长度为3.6 m,宽度为0.5 m,深度为0.85 m,炉渣基质填充高度为0.65 m,种植美人蕉(Canna indica),采集3个流段15~20 cm、30~35 cm和45~50 cm(以距离基质表层以下深度)深度以及表面流段上覆水的水样,分析测定水中铵态氮和硝态氮等指标的含量。研究结果表明,各流段人工湿地系统中,初始进水浓度影响铵态氮的去除率和去除负荷,而由于充足的碳源,初始进水浓度对硝态氮的去除率影响较小,去除率都达到95%以上。水中有机碳源充足且易分解,可以有效提高湿地系统的反硝化速率和脱氮效果。在各流段人工湿地系统中,延长水体在湿地系统中的停留时间,有利于铵态氮的去除。因此,延长停留时间和拥有充足且易分解的碳源,有利于不同流段人工湿地中氮的去除。在低初始进水浓度(总氮质量浓度为85.4 mg/L)条件下,表面流段对铵态氮去除率最高,其次为垂直流段,水平流段对铵态氮的去除率最低。在高初始进水浓度(总氮质量浓度为148.3mg/L)条件下,3个流段对铵态氮的去除效果差别不大。湿地植物吸收及其代谢、微生物代谢、基质物理化学作用,以及进水负荷等共同引起水中p H的变化;进水方式和湿地植物代谢是引起湿地系统中氧化还原电位变化的主要原因。     

铁碳微电解基质强化人工湿地污染物去除率的室内模拟实验

通过人工湿地模拟实验,对比研究了铁碳微电解强化人工湿地和普通人工湿地对废水中氨氮、硝态氮、总磷和化学需氧量的去除效果。研究结果表明,铁碳微电解强化人工湿地水中溶解氧含量和氧化还原电位都在第1天减小,之后随着水力停留时间的延长而上升,且都高于普通人工湿地。当水体停留时间为6 d时,铁碳微电解强化人工湿地对氨氮、硝态氮、总磷和化学需氧量的去除率分别为96.00%、97.44%、97.46%和86.12%,分别比普通人工湿地高5.21%、3.35%、13.59%和22.96%,添加铁碳微电解材料可以提高人工湿地对氨氮、硝态氮、总磷和化学需氧量的去除率。     

添加填料的人工湿地反硝化过程研究

构建了以炉渣为基质、种植美人蕉(Canna indica)、添加玉米秸秆、玉米芯和木块的人工湿地,通过模拟实验,研究添加不同缓释碳源对人工湿地运行性能的影响。实验结果表明,4个人工湿地具有很好的脱氮除磷能力,对氨氮、硝态氮、总氮和总磷去除率分别为94.3%、90.0%、94.8%和87.9%以上。当总氮质量浓度≤125.9mg/L时,所有人工湿地都能去除氨氮和硝态氮,去除率分别为87.4%和93.1%以上;当总氮含量进一步提高,为179.2 mg/L时,所有人工湿地的硝态氮去除率都减小,添加玉米秸秆的人工湿地能保持硝化和反硝化作用,氨氮和硝态氮的去除率分别为91.6%和92.1%以上。当总氮质量浓度为179.2 mg/L时,人工湿地的硝态氮去除率随着温度下降而减小,但添加玉米秸秆的人工湿地的硝态氮去除率还能达到81.1%。以玉米秸秆为缓释碳源、以炉渣为基质、种植美人蕉的人工湿地适用于治理以硝态氮为主要污染物的污水,可以对该类污水进行高效净化。     

温州三垟湿地底泥氮、磷含量及其对水质的影响

为探讨温州三垟湿地底泥中氮、磷营养盐含量及其对水质的影响,测定了三垟湿地水体、底泥中的氮、磷含量。结果表明,三垟湿地底泥中富含氮、磷等营养盐,当氧化还原环境发生变化时,底泥可成为水体的主要污染源;底泥中的全氮、全磷若有1％释放,则会使水体中的总氮增加0．63—3．10mg／L,总磷增加0．94—4．70mg／L;若一次释放,则会使水体中的总氮增加62．50～310．00mg／L,总磷增加94．13～470．00mg/L;因此在当前情况下,即便切断外源污染,三垟湿地水体仍将长期处于富营养化状态。     

人工湿地中微生物数量与污染物去除的关系

为了探讨处理微污染河水的人工湿地中微生物数量及其对污染物净化效果的影响,在野外构建芦竹(Arundo donax)、菖蒲(Acorus calamus)水平潜流人工湿地,并设置空白湿地为参照.研究结果表明,栽种植物对人工湿地中氨氮(NH4+—N)和总氮(TN)的去除具有一定作用,但对总磷(TP)和高锰酸盐指数(CODMn)去除影响较小.实验人工湿地中,下层基质中的微生物数量低于上层基质.芦竹湿地中,上层基质和下层基质微生物数量的典型变量具有线性关系(R2＞0.9).人工湿地中微生物数量与水温具有显著正相关关系,栽种植物能够增加人工湿地的微生物数量.人工湿地微生物数量与NH4+—N、TP和CODMn的去除率不相关,但与TN去除率显著正相关.栽种植物能够改善人工湿地微生物数量与TN去除率之间的关系,但植物种类对微生物脱氮作用影响不明显.     

控制湿地甲烷产生的主要电子受体研究进展

综述了影响湿地甲烷产生的电子受体最新研究进展,结果表明:①电子受体对甲烷产生的控制作用主要表现在电子受体还原菌与甲烷产生菌间底物的竞争以及提高甲烷产生环境的氧化还原电位;②3种电子受体间竞争电子供体的能力为硝酸盐三价铁硫酸盐,而相应作用下氢的阈值则与之相反,电子受体间除竞争机制还有彼此间的相互联系;③温度、电子供体、氧化还原电位和pH值是湿地土壤中电子受体还原过程的主要环境影响因子.     

三江平原毛苔草沼泽和小叶章沼泽化草甸湿地水体中可溶性铁的分布特征

2006年5月至10月期间,对三江平原典型的毛苔草(Carex lasiocarpa)沼泽和小叶章(Calamagrostis angustifolia)沼泽化草甸湿地表层积水中可溶性铁(Fe2 ,Fe3 )含量进行了现场采样和测试分析,同步测定了水体氧化还原电位(Eh)、电导率(EC)、pH值等指标。结果表明,除8月份的几次观测外,生长季内小叶章沼泽化草甸湿地水体中可溶性铁含量明显高于毛苔草沼泽湿地;两种湿地水体中可溶性铁存在的主要形态为Fe3 ,且Fe2 与Fe3 含量之间呈显著正相关;受水温和降水的影响,湿地水体中可溶性铁含量具有明显的季节性差异,其中小叶章沼泽化草甸湿地水体中的可溶性铁含量呈单峰型季节变化,而其在毛苔草沼泽湿地水体中呈双峰型季节变化。统计分析表明,Fe2 含量与水体的Eh值具有负相关关系,Fe3 含量与水体的Eh值的相关性较小,而且其含量并未随着还原性Fe2 的增加而减少;pH值对沼泽湿地水体中铁的形态分布无显著影响;Fe2 含量与EC值相关性显著。     

艾比湖氮素的水平分布及环境意义

针对艾比湖水域面积逐渐萎缩的现实,系统地研究了TN、NH4+、NO3--N和NO2--N在艾比湖水体中的水平分布规律及其环境意义。结果表明,艾比湖水体中总氮分布特征有浅水区向深水区递减的特征,湖南部区域为总氮高值区,北部区域次之,中部最小。铵态氮为氮素的主要存在形态,其分布状况与总氮基本一致。硝态氮、亚硝态氮含量较小,分布水平与总氮基本一致。水体中总氮对底栖生物已经具有最低级别的生态毒性效应,对底栖生物群落及生态环境构成了威胁。     

出水回流对连续式折流潜流人工湿地脱氮除磷效果的影响

以模拟生活污水为研究对象,构建两组基质分别为砾石、木块、炉渣和砾石、炉渣、木块配置方式的水平折流潜流人工湿地(HBSFs),探讨不同回流比(0%、50%和150%)对两组人工湿地系统(HB1和HB2)脱氮除磷的影响。研究结果表明,当水力停留时间为2 d时,出水回流对水中氨氮和总氮的去除率提高效果显著,当回流比为150%时,氨氮平均去除率可达约60%,高于不回流时的氨氮去除率(45%),总氮的平均去除率(64%)也高于不回流时总氮的去除率(53%);同时,出水回流在一定程度抑制硝态氮的去除,对总磷的去除效果略有提高,但不明显;硝氮去除率从不回流时的95.4%~96.6%降至回流时的72.7%~87.2%。可见,与不回流相比,回流条件下对水中氨氮、总氮和总磷的去除效果都有所提高。     

氮输入和互花米草入侵下闽江河口潮滩土壤甲烷氧化速率研究北大核心CSCD

通过室内培养实验,研究了自然状态(对照)、外源铵态氮(NH_4Cl)和硝态氮(KNO_3)的3种浓度输入(1 g/m^2、2 g/m^2和4 g/m^2氮)和互花米草入侵下,闽江河口短叶茳芏(Cyperus malaccensis)潮滩土壤甲烷氧化速率。结果表明,与自然状态下相比,总体上,氨态氮输入促进了短叶茳芏潮滩土壤甲烷氧化,且随着氮输入浓度的增加,其促进作用逐渐增大;而硝态氮输入却抑制了短叶茳芏潮滩土壤的甲烷氧化,输入的硝态氮浓度越高,甲烷氧化速率越小;氮输入对潮滩土壤甲烷氧化速率无显著影响。互花米草(Spartina alterniflora)潮滩土壤的甲烷氧化速率高于短叶茳芏潮滩,互花米草入侵使潮滩土壤的甲烷氧化速率增加了22.66%。低、高浓度氮输入与互花米草入侵共同作用促进了潮滩土壤甲烷氧化,而中浓度氮输入与互花米草入侵共同作用却抑制了潮滩土壤甲烷氧化。潮滩土壤甲烷氧化速率与输入氮的类型、浓度、培养时间和土壤类型等有关。     

氮输入和互花米草入侵下闽江河口潮滩土壤甲烷氧化速率研究

通过室内培养实验,研究了自然状态(对照)、外源铵态氮(NH_4Cl)和硝态氮(KNO_3)的3种浓度输入(1 g/m~2、2 g/m~2和4 g/m~2氮)和互花米草入侵下,闽江河口短叶茳芏(Cyperus malaccensis)潮滩土壤甲烷氧化速率。结果表明,与自然状态下相比,总体上,氨态氮输入促进了短叶茳芏潮滩土壤甲烷氧化,且随着氮输入浓度的增加,其促进作用逐渐增大;而硝态氮输入却抑制了短叶茳芏潮滩土壤的甲烷氧化,输入的硝态氮浓度越高,甲烷氧化速率越小;氮输入对潮滩土壤甲烷氧化速率无显著影响。互花米草(Spartina alterniflora)潮滩土壤的甲烷氧化速率高于短叶茳芏潮滩,互花米草入侵使潮滩土壤的甲烷氧化速率增加了22.66%。低、高浓度氮输入与互花米草入侵共同作用促进了潮滩土壤甲烷氧化,而中浓度氮输入与互花米草入侵共同作用却抑制了潮滩土壤甲烷氧化。潮滩土壤甲烷氧化速率与输入氮的类型、浓度、培养时间和土壤类型等有关。     

多级串联表面流人工湿地对河蟹养殖尾水的净化效果研究

在河蟹养殖塘边上构建了多级串联表面流人工湿地系统,研究其对河蟹养殖尾水中总氮和总磷的净化效果,以及尾水中总氮和总磷浓度的沿程衰减模型。研究结果表明,2015年7月1~6日,该人工湿地对总氮和总磷含量的去除率分别为87.03%和77.21%,说明该人工湿地能有效处理养殖尾水中的氮、磷污染物。位于人工湿地系统前端的湿地单元对总氮和总磷的去除起主要作用。随着水力负荷的提高,其对总氮和总磷的去除率减小。在建立的总氮和总磷含量与水力负荷的沿程衰减模型中,总氮的最佳拟合模型为指数衰减模型,总磷的最佳拟合模型为二次多项式模型。     

一株反硝化聚磷菌的脱氮、除磷能力及其固定化净化水体的研究

主要研究了反硝化聚磷微生物对湿地受氮、磷污染水体的净化功能及在实践应用中的技术可行性.研究基于从大庆龙凤湿地富营养化水体中分离并鉴定到的一株假单胞菌(Pseudomonas putida),将其命名为DQ1.结果表明,菌株DQ1在以硝酸盐为唯一氮源,以柠檬酸为唯一碳源,在30℃的条件下静止培养30h,能将培养液中91.64％的总氮去除,去除速率达到11.33 mg/(L·h);在厌氧条件下培养2h,上清液总磷质量浓度上升27 mg/L,菌株DQ1表现出明显的有氧反硝化聚磷的特性;静止培养28h,聚磷量则可达到94.72 mg/L,磷去除率为99.6％.在高碳磷比和低碳磷比的污染体系中,菌株DQ1都对磷有较好的去除效果.DQ1固定化技术在湿地水体修复方面有很强的应用潜力,经过6h,水体中的氮和磷都能被有效去除,氨氮质量浓度由5.38 mg/L降至检测限以下,而硝态氮去除率可达98.48％,磷去除率达到97.46％.     

洞庭湖区浅层地下水水质指标空间分异及其控制因素研究北大核心CSCD

利用1258个地下水水样的水质指标数据,对洞庭湖区浅层地下水水质指标空间分异及其控制因素开展了研究。从地下水系统、氧化还原环境和第四纪沉积物物源角度,剖析了浅层地下水水质指标空间分布的内在影响因素。研究结果表明,洞庭湖区浅层地下水7个水质指标的空间分布都呈现出一定的规律性,自洞庭湖区外围至湖盆腹地,浅层地下水中的氨氮、铁元素、溶解性总固体和化学需氧量含量逐渐增大,硝酸盐氮含量的空间分布规律则与之相反,锰元素含量的空间分布独具特点,水体pH的分布呈现出西北—东南单向减小特征;洞庭湖区大范围浅层地下水中的氨氮、铁元素和锰元素含量超过Ⅲ类地下水该指标的限值,在洞庭湖区外围的零星区域,浅层地下水中的硝酸盐氮含量小幅度超标,其溶解性总固体和化学需氧量含量仅在大通湖附近的局部区域略超标;洞庭湖区的基底构造对浅层地下水系统的整体空间格局有重要影响,主要体现在对“四口”水系地下水系统、澧县盆地地下水系统、赤山隆起-大通湖地下水滞留区等的控制作用;独特的受构造格局控制的地下水系统格局宏观上决定了地下水化学场的空间分布;受地下水系统格局控制的浅层地下水水体的氧化还原电位对硝酸盐氮、氨氮、铁元素、锰元素和化学需氧量含量的空间分布有重要影响,平原区浅层地下水水体的氧化还原电位较低是氨氮、铁元素和锰元素含量大范围超标的主要原因;洞庭湖区浅层地下水的pH“西北—东南单向递减”的分布特征主要受湖区第四纪沉积物物源的空间差异的影响。     

城镇黑臭河道治理:多水塘活水链人工湿地的应用

随着现代工业的发展,城市黑臭河道问题日趋严重,严重影响了城市形象、生态环境和居民身心健康。利用多水塘活水链人工湿地技术净化江苏常州永胜河河水水质。监测结果显示:该技术使水体总氮浓度削减了92.0%、总磷浓度削减了82.9%,处理后的水体总氮、总磷含量达到地表IV类水标准。项目年处理水量约30万t,每年以较低的成本(平均水处理费用约为0.03元/t),削减总氮、总磷和氨氮量分别为1496.6 kg、176.0 kg和1408.6 kg。通过引植多种浮叶植物、挺水植物、沉水植物,该湿地修复工程为当地营造了优美的湿地景观。多水塘活水链人工湿地是集经济效益、生态效益、环境效益于一体的新型水体生态治理技术,为我国城镇黑臭河道治理提供了一条新的途径。     

无植物水平折流式潜流人工湿地对氮和磷的净化效果

以炉渣、木块、砾石和木块、炉渣、砾石两组基质配置方式,构建无植物水平折流式潜流人工湿地,在不同水力停留时间(2 d、3 d和5 d)条件下,比较两组湿地系统(HB1和HB2)对模拟生活污水中氮、磷污染物的去除效果,同时分析优化的基质配置方式和水力停留时间。结果表明,当水力停留时间为3 d时,人工湿地系统的总氮去除率为71%~77%,当水力停留时间增加到5 d时,其去除率为79%~80%,提高不明显;当水力停留时间为3d时,其总磷去除率达到最高值50%,继续增加水力停留时间,其去除率反而下降。因此,无植物水平折流式潜流人工湿地的最佳水力停留时间为3 d。在进水端的前1/3基质区,HB1炉渣区和HB2木块区的氨氮质量浓度分别为13~17 mg/L和18~19 mg/L,硝态氮质量浓度为5.9~9.1 mg/L和0.4~2.8 mg/L。可见,炉渣能提高氨氮的去除率,木块有利于硝态氮的去除。HB1对氮污染物(尤其是氨氮)去除效果好于HB2,其基质配置方式为炉渣、木块和砾石;对磷的去除效果两种基质组合方式差别不大,木块、炉渣和砾石组合效果略好。     

人工湿地中典型基质和关键微生物的脱氮作用研究进展

人工湿地具有高效、低能耗、低投入、绿色和环境友好等优点,其被广泛应用在污水处理工艺中。人工湿地中的基质和微生物是人工湿地系统的重要组成部分,其在人工湿地脱氮过程中起着关键作用。从人工湿地处理污水的角度,概述了人工湿地中生物炭、纳米零价铁、生物炭负载纳米零价铁等典型基质(填料)和氨氧化、反硝化、厌氧氨氧化、厌氧铁氨氧化微生物在脱氮中的作用研究进展,提出了未来相关研究的方向。     

利用水平潜流人工湿地净化城市湖泊污水——以西安市兴庆湖为例

2007年6月,构建并运行水平潜流人工湿地,对西安市最大的人工湖——兴庆湖的严重富营养化水体进行净化,以实现该湖生态系统的长期恢复。结果表明,水平潜流人工湿地对水体中的化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和固体悬浮物(SS)的平均去除率分别为84.2%、53.8%、47.9%、73.3%和86.6%,由于硝化和反硝化过程不足,导致人工湿地对水体中氮的去除率较低。提出构建多级湿地循环处理系统,以改进和完善处理城市湖泊污染水体的人工湿地技术。     

利用河岸缓冲带去除径流水中氮的研究

2015年5月7日、7月13日和9月10日,以太湖流域构建的平缓坡度人工林河岸缓冲带为研究对象,比较了不同宽度(5 m、15 m、30 m和40 m)、不同植物类型(杨树林、中山杉林和杨树中山杉混交林)、不同植物密度(400株/hm2、1 000株/hm2和1 600株/hm2)的河岸缓冲带对不同深度径流水中总氮(TN)、铵态氮(NH4+—N)和硝态氮(NO3-—N)的去除率。研究结果表明,随着缓冲带宽度的增加,对径流水中各形态氮的去除率增大。15 m宽的河岸缓冲带已经能很好地去除各种形态的氮。在同一宽度和植物类型条件下,缓冲带对40 cm深度的径流水中的铵态氮和硝态氮的去除率较大,对20 cm深度的径流水中的总氮的去除率较大。种植混交林的缓冲带对总氮的去除率较高,种植杨树林的缓冲带对铵态氮的去除率较高。不同植物密度的缓冲带对各形态氮的去除率差异不显著。     

挠力河流域恢复湿地与天然湿地水质对比分析

于2015年10月10~12日,在挠力河国家级自然保护区恢复湿地和天然湿地中,采集水样,在实验室中测定了水质指标。将研究区水质指标与地表水环境质量标准中各类水域的标准进行对比;采用相关分析方法,分析恢复湿地与天然湿地水质指标间的关系,对比二者的水质。研究结果表明,恢复湿地植物群落特征与天然湿地相似,但是,恢复湿地水体中的硝态氮含量、总氮含量、总磷含量、化学需氧量和五日生化需氧量符合或劣于Ⅴ类水域标准,3种聚类方法的分析结果都显示恢复湿地与天然湿地的水质差异明显,恢复湿地与天然湿地水体中的总氮含量、总磷含量、硝态氮含量和五日生化需氧量显著相关(n=8,p0.01),说明由于长期开垦,使滞留于恢复湿地土壤中的氮、磷等物质进入恢复湿地水体中,使恢复湿地水质变差,并且随着水的流动向周围湿地扩散。