不同气水比对两种人工湿地除污效果的影响

为比较不同气水比下各类型人工湿地的除污效果,选取火山石、炉渣和牡蛎壳作为人工湿地构建基质,研究两种人工湿地(表面流和潜流人工湿地)在不同气水比(0,2,4,6,8)下对污水的净化效果。结果表明:潜流型人工湿地对COD、NH_4~+-N及TP的去除率均高于表面流人工湿地;尤其是在COD的去除过程中,当气水比≥4时,潜流式湿地对污染物的去除效果显著高于表面流人工湿地。此外,适当曝气可显著提高人工湿地对COD、NH_4~+-N及TP的去除率,气水比为4时,表面流和潜流人工湿地对COD及TP的去除率显著高于气水比为0和2时的去除率。对NH_4~+-N而言,表面流和潜流人工湿地分别在气水比为8和6时达到最大去除率。气水比和人工湿地类型的交互作用对污染物的去除率影响不显著,在实际工程中可以忽略组合效应,致力于确定湿地类型及气水比各自对湿地除污效果的最优条件。     

北京汉石桥潜流湿地对总溶解性固体和浊度的去除效果分析

以北京汉石桥潜流湿地为研究对象,分析了2014-2015年水体中总溶解固体(Turb)与浊度(TDS)的去除率,研究潜流湿地对水中总溶解固体与浊度的去除效果。结果表明:①潜流湿地对浊度(TDS)和总溶解固体(Turb)在全年均具有一定的处理效果,1-12月去除率表现为先增加后降低的趋势,平均去除率分别为85.6%和6.4%;②温度成为制约潜流湿地污染物去除的重要因素,其中总溶解固体和浊度与温度的相关系数分别为0.669和0.489;③对总溶解性固体和浊度的比较发现,在估值背景浓度下,面积速率常数均高于零背景值时的面积速率常数,当污染负荷较低时,潜流湿地对总溶解性固体和浊度去除的面积速率常数随进水污染负荷的升高而增加。     

表面流——潜流——潜流串联人工湿地对排入星月水库污水的处理效果

采用表面流—潜流—潜流串联人工湿地模式,对排入长沙市青竹湖星月水库的污水进行处理。分别在2015年7月和11月,研究该人工湿地的水质和植物根际微生物数量。研究结果表明,在7月采样日,该人工湿地对污水中的化学需氧量、总氮、总磷和氨氮的去除率分别为81.9%、97.1%、96.0%和99.8%;在11月采样日,其去除率分别为85.7%、97.8%、96.4%和98.5%。在7月和11月采样日,各污染物含量大致上随着实验进程逐渐减小,在AII单元和AIII单元,污染物含量升高,原因是这两个单元兼顾溢洪的功能。在7月采样日,人工湿地对氨氮的去除率大于11月采样日,而在11月采样日,人工湿地对总氮、化学需氧量和总磷的去除率大于7月采样日。在人工湿地系统中,微生物数量沿程递减,且在11月采样日各单元的微生物数量明显大于7月采样日。在人工湿地系统的两个潜流单元中,前端的潜流单元有利于去除污水中的化学需氧量、总磷和氨氮,后端的潜流单元有利于去除污水中的总氮。     

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.     

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。     

潜流人工湿地对模拟污水中β-HCH的去除效果

为了研究潜流人工湿地对污水中六氯环己烷(HCHs)的异构体β-HCH的去除效果,构建了4种潜流人工湿地装置,分别为未添加基质且未种植菖蒲(Acorus calamus)、添加基质未种植菖蒲、添加基质且种植菖蒲并添加氨苄青霉素、添加基质且种植菖蒲的人工湿地,在各人工湿地中,加入配制的β-HCH模拟污水;采用气相色谱法,测定人工湿地进水和出水中的β-HCH含量,分析人工湿地对污水中β-HCH的去除效果,并研究β-HCH在各人工湿地中的降解动力学特征。研究结果表明,添加了基质的人工湿地对污水中β-HCH的去除率明显大于未添加基质的人工湿地,表明基质对β-HCH有明显的吸附作用;在添加基质的人工湿地中种植菖蒲,使其对β-HCH的去除率提高了14.46%～16.94%,表明植物能有效提高人工湿地对β-HCH的净化能力;与未添加氨苄青霉素的人工湿地相比,添加氨苄青霉素的人工湿地对β-HCH的去除率减小了2.48%,表明氨苄青霉素对β-HCH的降解有抑制作用;添加基质且种植菖蒲的人工湿地对β-HCH的去除率达到94.20%;β-HCH在4种配置的人工湿地中的降解过程都符合一级动力学方程,在未添加基质且未种植菖蒲的人工湿地中,β-HCH的降解率过低,无法计算β-HCH在此人工湿地中的半衰期,在其它3种人工湿地中,β-HCH的半衰期分别为12.48 h、15.36 h和13.68 h。     

博斯腾湖西岸表面流人工湿地对水体中重金属离子的去除效果

2019年4~10月,以博斯腾湖西岸表面流人工湿地为研究对象,测定该人工湿地的进水口、出水口采样点水体中的重金属离子含量,利用进水口和出水口水体中Mn、Fe、Cu、Zn、Cd、Ni、As和Cd离子含量,计算人工湿地对这些水体中重金属离子的去除率。研究结果表明,博斯腾湖西岸表面流人工湿地对水体中Fe离子、Mn离子、Cu离子、Zn离子、Ni离子、Cr离子、As离子和Cd离子的去除率分别为84.63%、57.24%、52.82%、47.44%、44.74%、42.42%、41.94%和33.33%;夏季人工湿地对水体中重金属离子的去除率大于春季和秋季。     

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。     

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。     

种植4种植物的模拟人工湿地对污水中4种重金属的去除效果

利用黑龙江三江国家级自然保护区中4种常见植物——臌囊薹草(Carex schmidtii)、芦苇(Phragmites australis)、水葱(Scirpus validus)和香蒲(Typha orientalis),构建模拟人工湿地,研究种植了4种植物的人工湿地对当地稻田废水和被污染河水中Cr、Pb、Cu和Zn的去除效果。研究结果表明,在28 d的实验期内,随着实验时间推移,两种污水中的Cr、Pb、Cu、Zn含量都在减小,延长污水在人工湿地中的停留时间,Cr、Pb、Cu、Zn的累积去除率持续增大;实验结束后,种植了4种植物的人工湿地对稻田废水中Cr、Pb、Cu和Zn的平均累积去除率分别为89.56%、55.15%、12.57%和68.17%,对被污染河水中Cr、Pb、Cu和Zn的平均累积去除率分别为86.62%、54.50%、2.74%和44.21%。对稻田废水中的4种重金属,种植臌囊薹草的人工湿地对Cr的去除率(95.45%)最大,种植芦苇的人工湿地对Pb和Cu的去除率(Pb:67.75%;Cu:15.81%)最大,种植水葱的人工湿地对Zn的去除率(75.86%)最大;对被污染河水中的4种重金属,种植芦苇的人工湿地对Cr的去除率(95.48%)最大,种植水葱的人工湿地对Pb的去除率(69.49%)最大,种植香蒲的人工湿地对Cu的去除率(3.46%)最大,种植臌囊薹草的人工湿地对Zn的去除率(64.98%)最大。     

外源铁补给对潜流人工湿地脱氮效率影响的模拟研究

通过模拟实验,研究不同浓度外源铁补给对种植芦苇(Phragmites australis)的潜流人工湿地氮元素去除能力的影响,并初步探讨了其作用机理。结果表明,铁补给有利于促进人工湿地对水体中总氮和硝态氮的去除效率,且高浓度铁(50 mg/L)的促进作用比低浓度铁(25 mg/L)更强;但由于二价铁氧化过程中与铵态氮的硝化作用竞争吸氧,使铁补给仅仅促进了上层人工湿地对水体中铵态氮的净化作用,不利于下层人工湿地对铵态氮的净化。外源铁进入人工湿地系统后,其浓度迅速下降,且上层人工湿地水体中的二价铁浓度低于下层人工湿地,而上层人工湿地水体中的可溶性总铁和三价铁浓度高于下层人工湿地。随着水力停留时间的增加,人工湿地水体的pH总体上先升高后降低,而氧化还原电位则先降低后升高;对pH而言,加铁处理的人工湿地水体的pH总体上低于对照组,且下层人工湿地水体的pH低于上层,对照组则相反;对于氧化还原电位,加铁处理的人工湿地水体的氧化还原电位高于对照组,且下层氧化还原电位高于上层,对照组则相反。外源铁补给可以在一定程度上促进人工湿地对总氮和硝态氮以及上层人工湿地对铵态氮的去除效率,同时,外源铁自身的浓度和形态以及系统水体的pH和氧化还原电位也将发生显著变化。     

不同湿地植物对三江平原农田退水重金属的去除效果

选取黑龙江三江国家级自然保护区4种常见的湿地植物臌囊苔草Carex schmidtii、芦苇Phragmites australis、水葱Scirpus validus、香蒲Typha orientalis,设置15种不同的人工湿地,研究不同处理对当地农田退水Cr、Pb、Cu、Zn的去除效果。结果表明:随着时间的延长,水体中Cr、Pb、Cu、Zn的含量都在降低。实验结束时,15种人工湿地对Cr、Pb、Cu、Zn的平均累积去除率分别为91.82%、54.33%、12.92%、72.61%,对Cr、Pb、Cu、Zn的累积去除率最高的人工湿地分别为:臌囊苔草+芦苇+水葱(95.45%)、臌囊苔草+芦苇+香蒲(68.39%)、臌囊苔草+芦苇+水葱+香蒲(22.22%)、臌囊苔草+香蒲(81.63%)。Cr、Cu的平均累积去除率与植物数量呈线性关系,即植物为1～4种时,湿地植物种类组成数量越多,Cr、Cu的平均累积去除率越高。     

人工湿地在城市景观水系水质净化中的应用研究——以贵州六盘水西铺河为例

针对农村生活源与农业面源污染的水体,合理利用自然地形,采用多级潜流人工湿地与阶梯多级表面流湿地复合的湿地水净化系统,并选取合适的湿地植物,保障人工湿地的正常代谢。设计人工湿地处理能力为3.5万m3/d,人工湿地面积45 hm2。经过人工湿地处理后可基本实现水质净化目标,使其达到景观水体标准,不仅有效保障处理水质,可营造城市水景,通过充分发挥湿地生态服务功能,改善研究区所在地生态环境。     

在冷季利用人工湿地处理泉州永春县养猪场废水的效果研究

以福建省泉州市永春县养猪场废水为处理对象,选取10种植物,构建表面流人工湿地系统。于2014年12月10~16日、2015年1月4~10日和1月20~26日、2015年11月3~9日和11月20~26日,进行了5个周期的实验,比较了不同植物配置的人工湿地在冷季对养猪场废水中化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的深度处理效果。研究结果表明,不同植物配置的人工湿地对各污染物的去除效果有所差异,2014年12月10~16日,栽种水龙(Ludwigia adscendens)的人工湿地对化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为34.4%、63.7%、13.0%和46.8%;栽种黄菖蒲(Iris pseudacorus)的人工湿地对化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为78.1%、96.3%、42.0%和26.3%。2015年1月4~10日,栽种水龙的人工湿地对化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为59.1%、94.8%、81.9%和19.4%;栽种黄菖蒲的人工湿地对化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为53.8%、95.0%、60.4%和75.3%。在10种供试植物中,栽种水龙和黄菖蒲的人工湿地对各污染物的去除效果相对较好,其可以作为深度处理养猪场废水的植物选择。2015年1月20~26日,受温度影响,栽种水龙和黄菖蒲的人工湿地对化学需氧量的去除效果受到明显抑制,但其对氨氮、总氮和总磷仍有一定的去除效果。     

仿自然人工湿地系统构建模式与效果初探

永定河八号桥湿地系统在秉承生态自然理念下模拟天然湿地特征,充分利用河滩地空间及地形,综合溪流、生态塘、表流湿地和潜流湿地等多种形态,并结合人工湿地构建经验和技术要点构建大型的仿自然复合功能湿地系统,在北京地区尚属首例。初期效果表明:系统运行水力负荷0.076 m~3/(m~2·d),上游来水主要水质指标介于地表水Ⅳ～Ⅴ类条件下,对COD_(Cr)、TN、TP和NH_4~+-N的去除率分别达到22.64%、47.78%、51.67%和21.58%,系统出水主要污染物指标达到优于地表Ⅳ类标准。基于多种形态湿地的优化组合,形成多样化生境格局,有效促进了周边区域生态系统的恢复和景观环境的整体改善。     

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。     

饮马河流域典型湿地植物净化河流水环境效果研究

采取单种及混种方式,通过小型湿地模拟实验,研究松花江支流饮马河流域河流湿地中常见的芦苇、香蒲、槽秆荸荠、藨草、慈姑、花蔺、菱角、紫背浮萍和金鱼藻9种湿地植物及其组合对河流水体中化学需氧量(COD_(cr))、氮、磷等的净化效果。结果表明:所选湿地植物,在模拟环境条件下均能有效提升取自河流水体的水质;不同的湿地植物对污水中各污染物净化具有明显的差异,花蔺对总磷(TP)、COD_(cr)和氨氮(NH_3-N)净化效果最好,去除率依次为99.65%、68.22%和99.54%;香蒲、菱角、金鱼藻混合组对总氮(TN)的净化效果最好,去除率是66.19%;槽杆荸荠、芦苇和金鱼藻对亚硝酸盐氮(NO_2-N)的净化效果最好,去除率是83.64%。两种植物混种后对某一种污染物指标的处理效果弱于分别独种时的处理效果,但对多种污染物指标的综合处理效果一般要好于独种时的处理效果。     

西北干旱、半干旱地区高盐人工湿地适宜植物筛选

植物是人工湿地的重要组成部分,但是,在西北干旱、半干旱地区,由于年降水量较少,年蒸发量较大,导致人工湿地土壤和水体含盐量较高,可供选择的适宜植物种类少,限制了人工湿地污水处理技术在该地区的应用。选择香蒲(Typha orientalis)、鸢尾(Iris tectorum)、芦苇(Phragmites australis)作为人工湿地中的植物,构建模拟的潜流人工湿地,配置不同含盐量(NaCl含量分别为0%、0.5%和1%)、化学需氧量(质量浓度为191.8~249.9mg/L)、总氮(质量浓度为27.5~33.5 mg/L)和总磷(质量浓度为4.5~5.9 mg/L)的污水,作为人工湿地的进水,研究不同盐度下植物外部形态、生理特性指标变化及其对污水中化学需氧量、总氮和总磷的净化效果,筛选出适宜盐沼的植物。研究结果表明,随着污水中含盐量的增加,3种植物的叶长、叶宽和生物量显著减小,比叶重显著增加;与对照处理相比,当水中NaCl含量为1%时,芦苇叶长的变短幅度相对最大,鸢尾的、香蒲的依次减小,鸢尾叶宽的变窄幅度相对最大,香蒲的、芦苇的依次减小,芦苇株高的变矮幅度相对最大,鸢尾的、香蒲的依次减小,鸢尾生物量的减少幅度相对最大,香蒲的、芦苇的依次减小,鸢尾比叶重的增加幅度相对最大,芦苇的、香蒲的依次减小。当水中NaCl含量为0.5%和1%时,都是芦苇叶片的净光合速率、气孔导度和叶肉导度相对最大,香蒲的、鸢尾的依次减小;香蒲叶片的水分利用效率相对最大,芦苇的、鸢尾的依次减小。当水中NaCl含量为0.5%和1%时,芦苇叶片的脯氨酸含量相对最大,鸢尾的、香蒲的都依次减小;到实验结束时,在各种盐含量下,鸢尾叶片的丙二醛含量相对最大,香蒲的、芦苇的依次减小;芦苇叶片的超氧化物歧化酶活性相对最大,香蒲的、鸢尾的依次减小。在各种盐含量下,都是种植芦苇的人工湿地系统对污水中化学需氧量、总氮和总磷的去除率相对最大,种植香蒲、鸢尾的人工湿地湿地的去除率依次减小。综合考虑3种植物的生长和生理特性以及种植3种植物的人工湿地对污染物去除率,相对最适宜种植在高盐人工湿地的植物为芦苇,其它依次为香蒲、鸢尾。     

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。     

人工湿地的构建与应用

论述了人工湿地污水处理技术的机制和优势,阐述了人工湿地的构建和污水处理研究进展,表明人工湿地的污水处理效率与污染物的种类和污染程度、人工湿地的类型、湿地植物种类、基质类型、水力停留时间和水力负荷等密切相关.在中国,典型人工湿地有3种类型,分别为垂直流人工湿地、潜流式人工湿地和表面流人工湿地,主要用于处理来自化粪池、养殖...