不同类型人工湿地处理富营养化水体的试验研究

【目的】针对富营养化水质,在同等条件下分别对表面流、潜流、垂直流3种人工湿地的净化作用进行对比,探索不同湿地类型应用于富营养化水体处理效率之间的差异。【方法】采用原位观测和室内化验的方法测定了人工湿地不同季节水质状况(TN、NH_4~+-N、TP、高锰酸钾指数、BOD_5和COD_(Cr)),研究了不同类型人工湿地对富营养化水体的净化作用。【结果】不同类型的人工湿地对水体的营养成分净化效果存在较大的差异,虽然具体的净化效果不尽相同,但3种类型的湿地对TN、NH_4~+-N、TP、高锰酸钾指数、BOD_5和COD_(Cr)去除率均体现出明显的季节变化特点,均呈倒"V"形的变化趋势,并在夏季达到最大水平的去除率,同样的月份,垂直流对水质各指标的去除效果最佳,其次是潜流、表面流,其中对BOD_5和COD_(Cr)的去除效果相对更佳,不同类型人工湿地对NH_4~+-N、TN的去除率在0.05的显著性水平下存在明显的差异,对高锰酸钾指数净化效果相差不大;垂直流和表面流对BOD_5和COD_(Cr)去除率差异并不显著。与潜流和表面流湿地相比,垂直流湿地植被N含量、P含量、N积累量和P积累量均为最高,而潜流和表面流差异不大。通过相关性分析发现,就这3种不同类型的人工湿地而言,其对NH_4~+-N、TN、TP的去除率分别与湿地植物N、P含量及累计量存在显著相关性,以此达到去除水质中N、P等元素的目的。【结论】垂直流人工湿地对富营养化水体的净化效果更佳。     

人工湿地中植物对低盐度养殖废水处理效果

分别构建种植美人蕉（Canna indica）、菖蒲（Acourus calamus）和千屈菜（Luthrum salicaria）的人工湿地，开展对低盐度养殖废水处理效果的模拟研究，设置进水中的C/N/P分别为50/10/1、25/5/1、25/5/2、25/5/3，盐度分别为0.5、1.0和2.0，水力停留时间分别为1 d、2 d、3 d和4 d，测定人工湿地对总氮、总磷和化学需氧量的去除率，出水中的氨氮、硝态氮、亚硝态氮和磷酸盐含量以及3种植物的生长状况。研究表明：当HRT=4 d，盐胁迫浓度为1，C/N/P为25/5/2（COD=50 mg/L，TN=5 mg/L，TP=4 mg/L）时，人工湿地装置TN、TP及COD去除率可达90%、97%和65%；不同植物的人工湿地系统中，美人蕉-人工湿地去除效果最佳，此时美人蕉体内叶绿素（SPAD值）、超氧化物歧化酶含量较高，丙二醛含量较低，分别为40.6、1 212U/g和2.45 nmol/g，氨基酸含量为1.82 %；盐胁迫浓度为1，C/N/P为25/5/2时，人工湿地内微生物群落结构得到优化，优势菌群为变形菌门（Proteobacteria），该菌门是污水处理中常见的功能性菌群。因此美人蕉-人工湿地能够处理低盐度养殖废水，能强化人工湿地处理效果，提高植物-微生物的协同去污和盐度耐受性，为滨海水体修复提供技术支撑。     

负载型纳米零价铁(nZVI)强化垂直流人工湿地反硝化作用研究

通过在垂直流人工湿地缺氧反硝化区添加负载型纳米零价铁(n ZVI),分析不同负载型n ZVI投加量对反硝化的影响,研究不同进水C/N条件下负载型nZVI参与反硝化的效果。结果表明:投加负载型nZVI 4 g的人工湿地装置对硝氮去除效果最佳,当C/N为6、HRT=1 d、进水NO_3~--N为50 mg·L~(-1)时,其NO_3~--N去除率比未添加负载型n ZVI的人工湿地装置提高15%;随负载型n ZVI投加量的增加,人工湿地装置出水pH值和NH_4~+-N、NO_2~--N的浓度增加;在进水C/N为0、2、4、6的人工湿地装置中,其对NO_3~--N的去除率随C/N升高而升高;统计分析表明,进水C/N与负载型n ZVI投加量对人工湿地反硝化都具有显著影响,且两者具有协同作用,碳源的存在可以促进负载型nZVI参与人工湿地反硝化。     

风车草对低污染水体氮磷的净化效能

为探讨湿地水生植物对低污染水体中氮磷的去除效果,以挺水植物风车草为研究对象,研究其对低污染水中氮、磷削减的日变化规律,及温度对净化效果的影响,并探究了系统中溶解性有机物的变化。结果表明：风车草对低污染水的氮、磷去除过程符合一级动力学方程,常温下（24~30℃）对TN、TP去除的一阶反应速率常数分别为0.449 3、0.502 8,70 h后对TN、TP的去除率高达82.87%、72.40%,日变化率分别为48.52%、40.31%,而低温（4~8℃）下风车草对氮、磷的去除效果明显受到抑制且根系活力显著降低;系统中溶解性有机物组分（紫外类腐植酸和类色氨酸）含量随时间延长而增加,相关性分析表明二者均利于水中氮磷的去除。研究表明,风车草对低污染水体中氮磷具有较好的净化效果,且其净化效能受温度的影响。     

杞麓湖径流区不同湿地沉积物重金属污染特征及潜在生态风险评价

为了解杞麓湖农业径流区低污染水所致湖滨带湿地重金属空间分异特征及潜在危害,采集湖滨带农业径流区32个不同类型湿地（河流湿地n=13、人工湿地n=10、湖泊湿地n=9）的表层沉积物,检测重金属Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni和Hg含量,利用ArcGIS反距离权重插值法（IDW）分析7种重金属空间分布特征,采用Hakanson潜在生态风险指数法评价杞麓湖农业径流区湿地重金属污染。结果表明：不同类型湿地7种重金属污染程度存在差异,平均含量由高到低依次为河流湿地 > 人工湿地 > 湖泊湿地,各重金属平均含量由大到小依次为Zn > Cr > Cu > Ni > Pb > Cd > Hg,除Pb外,其余6种重金属平均含量均超过云南省土壤背景值,Cd超背景值样点比例高达100%。单因子污染指数表明重金属Cd和Hg呈重度污染,存在危害风险;农业径流区潜在生态风险指数介于112~1 241,平均264,属中度风险水平;重金属含量分布存在明显空间差异,北部高于南部、西部高于东部,含量分布高值区与潜在生态风险评价结果一致。相关性分析表明Cu、Ni、Cr和Zn污染源主要是农业活动;Pb来源主要与道路交通有关,还受工业活动影响;Cd主要受农业活动和工业活动影响。研究表明,杞麓湖农业径流区不同类型湿地重金属污染存在空间差异,Cd和Hg污染严重,生态风险高值区出现在西北部和西南部。     

人工湿地对城市降雨径流污染物的削减效应

根据四川省成都市降雨径流的水质和水量特征,采用新型折流式人工湿地对其进行降雨径流净化研究。对人工湿地不同运行阶段模拟降雨径流的净化效果进行对比,分析CODCr、BOD5、SS、TN、TP、NH_4~+-N在湿地系统中的沿程变化,探讨人工湿地削减城市降雨径流污染效应。结果表明:各污染物在人工湿地中的削减效应大小依次为SSCODCrBOD5NH_4~+-NTNTP,其中对SS的削减效应显著高于对其他污染物的削减效应(P0.05),对TP的削减效应最弱(P0.05);人工湿地对CODCr、BOD5、SS、TN、TP、NH_4~+-N的削减效应在1—7月呈逐渐增加趋势,局部有所波动,9月达到最大值,9月以后削减效应趋于平稳;除了TN外,折流式人工湿地系统出水各污染物均达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类质量标准,其中TN达Ⅳ类标准。降雨径流各污染物主要在人工湿地的第1格被去除,其中,CODCr、BOD5、SS、TN、NH_4~+-N均有一半以上的削减效应发生在第1格,随着人工湿地沿程进水浓度的增加,其削减效应逐渐下降。相关性分析表明,各降雨径流各污染物之间存在一定的相关性,而TP与各污染物指标之间没有相关性(P0.05)。本研究表明,折流式人工湿地系统对城市降雨径流的净化效果显著,并且该湿地系统具有较强抗冲击负荷能力,可用于城市降雨径流污染的控制和雨水利用。     

典型污染物在崇明东滩不同类型湿地的分布规律

[目的]了解湿地植被类型以及土壤质地的不同导致其对氯、磷等营养盐的吸收、净化能力的差异。[方法]以长江口崇明东滩不同类型湿地土壤（不同的土壤质地、湿地中的植物类型）为研究对象,采用分析湿地土壤中氮、磷等污染物质的含量方法。[结果]研究不同农业模式下氯、磷等农业污染物在不同类型湿地土壤中的分布特征,从而评价不同类型湿地土壤对氮、磷等污染物净化能力,表明不同类型湿地土壤对内源农业污染具有不同的吸收净化功能。[结论]堤内经济作物种植模式下的污染源氮磷含量高于养鱼业,粘质土壤对氮磷污染物的去除能力总体高于沙质土壤。研究结果对于湿地的保育、修复和优化。以及今后人工湿地的设计和运行提供了理论依据。     

垂直流-表面流复合人工湿地系统对污水的净化效果研究

[目的]研究垂直流-表面流复合人工湿地系统对污水的净化效果。[方法]采用表面流湿地与垂直流湿地组合成的复合人工湿地系统对污水进行处理,研究该系统在水力停留时间分别为48、24、12、6 h时对污水的净化效果。[结果]垂直流湿地对COD、BOD的去除率达52%以上,复合湿地系统对有机物的去除率随水力停留时间的增加而有所增加,对COD、BOD的去除率分别为62%~70%、60%~82%。表面流湿地在N的去除上起比较重要的作用,复合湿地系统对TN、NH4+-N的去除率分别为23.5%~46.4%、42.85%~80.38%。垂直流湿地对TP的去除效果明显好于表面流湿地,在不同配水条件下,复合湿地系统对TP的去除率达47.84~73.56%。[结论]垂直流-表面流复合人工湿地系统对污水的净化效果较好。     

人工湿地对城市降雨径流污染的净化作用

根据城市降雨径流的水质和水量特征,我们连续3年采用新型折流式人工湿地对其进行了降雨径流净化研究。对人工湿地不同运行阶段模拟降雨径流的净化效果进行了对比,分析COD_(Cr),BOD_5,SS,TN,TP,NH_4~+-N在湿地系统中的沿程变化,探讨人工湿地削减城市降雨径流污染效应。结果表明:各污染物在人工湿地中的削减效应大小依次为:SSCOD_(Cr)BOD_5NH_4~+-NTNTP,其中对SS的削减效应显著高于其他污染物的削减效应(P0.05),对TP的削减效应最弱(P0.05);人工湿地对COD_(Cr),BOD_5,SS,TN,TP,NH_4~+-N的削减效应在1～7月呈逐渐增加趋势,局部有所波动,9月达到最大值,9月以后削减效应趋于平稳;除了TN外,折流式人工湿地系统出水各污染物均达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类质量标准,其中TN达Ⅳ类标准。降雨径流各污染物主要在人工湿地的第1格被去除,其中,COD_(Cr),BOD_5,SS,TN,NH_4~+-N均有一半以上的削减效应发生在第1格,随着人工湿地沿程进水浓度的增加,其削减效应逐渐下降。因此,折流式人工湿地系统对城市降雨径流的净化效果显著,并且该湿地系统具有较强抗冲击负荷能力,可用于城市降雨径流污染的控制和雨水利用。     

人工湿地处理滨海养殖水效果及机理

滨海养殖废水对河口及近海水质有影响,造成潜在水华和赤潮问题。利用具有生态化、高处理效果的人工湿地处理滨海养殖水。研究不同浓度盐胁迫下人工湿地对各污染物处理效果,确定最耐受盐胁迫浓度。利用污染物去除效率、微生物数量、微生物代谢功能及微生物群落对碳源利用的主成分分析阐述净化机理。研究表明:(1)人工湿地可有效处理滨海养殖水,当HRT=3 d时,人工湿地COD和NH_3-N去除效果佳,出水可达地表水环境质量标准(GB 3838—2002)Ⅲ类水标准。(2)在不同盐胁迫浓度条件下,人工湿地正常运行的最耐受盐胁迫浓度为1%,COD和NH_3-N去除效果改善明显(P0.05),分别为93.3%和77.12%。(3)人工湿地净化滨海养殖水的主要路径是硝化-反硝化作用,硝化/反硝化细菌在1%盐浓度胁迫下仍可正常发挥作用,盐度耐受力较好,且在盐度影响下微生物利用碳源类型趋于多样化。人工湿地可作为滨海养殖水的生态化处理技术,缓解滨海水域的潜在富营养化问题。     

人工湿地技术在农业面源水体污染控制中的应用

肥料和农药的不合理使用、畜禽养殖废水和城乡结合部生活污水的随意排放，农业面源污染成为我国众多水体氮、磷富营养化的主要原因，其贡献率大大超过来自城市生活污水和工业的点源污染。人工湿地处理系统能耗低、基建投资少、效果显著，被认为是控制农业面源水体污染的一个重要的技术手段。我国从“八五”首次引进人工湿地工程技术来处理农田径流废水开始，已在滇池、太湖、官厅水库等水域的面源污染控制及畜禽养殖废水处理中采用人工湿地工程技术，取得了较为显著的去污效果，为我国农业面源水体污染治理提供了一条极有参考价值的技术途径和技术模式。     

太湖乔木林河岸植被缓冲带截留氮素效率

为研究河岸植被缓冲带对氮素的截留效率,以太湖流域平缓坡地上人工林河岸缓冲带作为研究对象,分析了不同河岸缓冲带宽度（5,15,30,40 m）,不同植物类型（‘南林95’杨Populus×euramericana ‘Nanlin 95’林、中山杉Taxodium hybrid ‘Zhongshanshan’林、南林杨95-中山杉混交林）对不同深度径流水及土壤中氮素的截留效果。结果表明:15 m宽的河岸缓冲带即能很好地截留各形态氮素,40 m缓冲带对径流水中硝态氮、铵态氮、总氮的截留率分别达68.8%,68.7%和66.0%;同一宽度条件下,缓冲带对40 cm深径流水中铵态氮、总氮的截留率较高,分别达71.4%和69.1%,对20 cm深径流水中硝态氮截留率较高,达70.6%;森林土壤对铵态氮和硝态氮的截留主要在中层土壤,对总氮截留主要在表层土壤;杨树林缓冲带对径流水中铵态氮和硝态氮的截留率较高（P < 0.05）,达77.4%和66.3%;杨树-中山杉混交林缓冲带对总氮的截留率较高（P < 0.05）,达73.0%;植物叶片（r=-0.53）全氮和土壤总氮（r=-0.59）均与径流水中总氮呈负相关关系。     

复合水平流人工湿地中水生植物净化效果研究

采用2块结构相同的复合水平潜流人工湿地,选用不同的植物组合处理农村富营养化水体,分析2块湿地的净化效果,结果表明:2个复合水平流人工湿地对于TN和NH3-N的去除效果差异明显,而对于COD和TP的去除效果差异不明显。对COD、NH3-N、TN和TP的去除率,种植灯心草—菖蒲和美人蕉—风车草的1号复合湿地分别为29.4%、35.7%、43.6%和65.9%;种植香蒲—美人蕉和美人蕉—风车草的2号复合湿地分别为30.6%、49.2%、58.1%和64.5%;2个湿地通过植物吸收、存储氮量仅占湿地总氮的去除量的8.13%和10.72%,但是植物的存在间接地影响微生物硝化/反硝化,对提高湿地氮去除率具有重要作用。湿地通过植物吸收、存储磷量占湿地总磷的去除量的7.59%和10.25%。湿地脱磷的主要贡献来自基质,而植物的贡献较小。     

姜花在人工湿地中脱氮除磷研究

选取芦苇和人工湿地处理中未见应用报道的姜花,通过人工模拟湿地,采用畜禽养殖废水处理二级工艺出水进行处理,研究它们在处理过程中的脱氮除磷效果。结果表明:有植物床的脱氮除磷效果好于无植物床,复合床脱氮除磷效果最好,但芦苇床、姜花床、复合床之间的差异不显著;污水处理后,湿地植物各器官中的氮磷含量及分布有变化,芦苇叶对氮、磷的积累量最大,姜花根对氮的积累量最大,而对磷积累不明显;姜花可用于人工湿地进行处理污水。     

潜流人工湿地系统中氮去除影响因素研究

对潜流人工湿地系统中基质的类型、植物的种类、对微生物过程产生影响的各因素以及水力停留时间、污染负荷等其他因素进行了分析,探讨了其对潜流湿地系统脱氮过程产生的影响。     

6种水生植物在人工湿地中特性的比较

[目的]比较6种水生植物在人工湿地中的特性,为选出耐低温、脱除有机质好的优势品种提供依据。[方法]用黄菖蒲、水莎草、香蒲等6种水生植物构建垂直流人工湿地,比较其在秋季处理城市污水的效果。[结果]黄菖蒲湿地CODcr去除效果最好,去除率为60.73%,大红草去除效果最差,去除率为33.72%;黄菖蒲、水莎草和芦苇对TN去除效果相似,达30%以上;对照试验除P率达65.46%,植物湿地对TP去除率比对照试验仅提高4.78%～11.06%。[结论]植物在人工湿地中对COD的去除效果较明显;填料对P的吸附是湿地除P的主要因素,而植物除P效果不明显;黄菖蒲、芦苇及水莎草是低温环境中较佳的湿地植物。     

模拟人工湿地系统净化生活污水研究

以无植物、沸石和石灰石1：1体积混合为基质的模拟人工湿地系统为对照,研究了美人蕉与富贵竹在不同种植方式及3组反应停留时间下对生活污水中污染物的净化效果。结果表明,不同类型湿地在72h停留时间下具有更好的脱氮除磷效果,而COD的去除效果则在48h停留时间下较为稳定,24h停留时间下各个湿地的处理效果均不理想。不同植物对脱氮除磷的效果差异较大,但各个湿地的COD去除效率在相同停留时间下差别不大。关人蕉湿地的脱氮除磷效率在3个停留时间下均优于其他湿地。美人蕉和富瓷竹混合种植体系对生活污水的净化效果与美人蕉单一种植体系差异不明显,美人蕉湿地表现出更稳定的处理效果。     

天然湿地对三江平原蛤蟆通河流域农业非点源污染净化效果研究

选取三江平原蛤蟆通河流域作为研究区,从芦苇植物、湿地水体、湿地底泥中各污染指标变化情况入手,研究了天然湿地对农业非点源污染的净化效果。结果表明,经过湿地净化后,氮和磷浓度明显下降,湿地对总磷去除率为61.90%,对总氮去除率为80.36%。     

哈尔滨松北湿地对农业非点源污染截留和去除效应研究

哈尔滨松北湿地位于松花江北岸,属于典型的农田与地表水体中间缓冲地带,通过选取有代表性的地点进行监测试验,运用SCS模型和溶解态氮磷污染负荷模型进行径流量和污染负荷估算,并进行相关数据的实验和分析,结果表明:(1)哈尔滨松北湿地地表径流中非点源污染负荷:TN的平均浓度11.56 mg/L、NO3--N平均浓度3.68 mg/L、NH4--N平均浓度2.02 mg/L、TP平均浓度0.99 mg/L;(2)降雨径流形成初期,TN、硝态氮、氨氮的浓度较高,1个小时后,浓度开始下降。TN峰值出现在径流形成后55 min,TP峰值出现在径流形成25 min,呈波浪型下降;(3)降雨两日后湿地水体中的TN、NO3--N、NH4+-N、TP浓度均有大幅度的下降,且浓度均低于农田径流中污染物的浓度,其中,TN减少了74.22%、NO3--N减少了50.38%、NH4+-N减少了77.94%、TP减少了17.91%。说明松北湿地对农业非点源污染物有很好的截留和去除效果。