潜流人工湿地中3种基质对氮磷净化的影响

通过潜流人工湿地装置,采用间歇运行方式考察不同停留时间下土壤、砾石、炉渣基质在以NO3--N、NH4+-N和PO4--P为主要氮组分的模拟污水对污水中氮的净化效能,并研究湿地系统基质与pH变化、NO3--N和NH4+-N净化效率的关系。结果表明,当水力停留时间为10d时,土壤-炉渣湿地的N,P净化效能高于以其他基质构建的湿地。在试验周期内,各基质的人工湿地系统NH4+-N的净化效率均高于NO3--N的净化效率,氮素的净化效能上层大于下层,湿地系统中pH值先降低后升高的拐点可作为NH4+-N氧化反应结束的指示参数。     

植物吸收对模拟污水净化系统去除氮、磷贡献的研究

采用炉渣、沸石和土壤为基质,黑麦草(Lolium mutliflorum)、水芹(Oenanthe javanica)和香根草(VetiveriaZizanioides)为植被模拟了不同基质人工湿地和无基质的浮床植物净化系统,研究了3种植物在4种净化系统内对生活污水N、P的吸收和去除作用.结果表明:3种植物在各净化系统中均能正常生长,总生物量干重在121.8～557.4g/m2之间,均以黑麦草最高.4种净化系统中,黑麦草、水芹和香根草的地上部N、P平均含量分别为26.33、3.33 mg/g,24.08、2.64 mg/g和12.39、1.41 mg,g;地下部N、P平均含量分别为8.92、1.52 mg/g,19.39、2.55 mg/g和10.85、1.33 mg/g.浮床系统因承受的N、P负荷较高且不存在基质,3种植物的地上部、地下部N、P平均含量几乎均高于各基质人工湿地.4种净化系统中,黑麦草对N、P的吸收能力均明显高于水芹和香根草,3种植物的N、P总吸收量分别为:(黑麦草)5.26～11.73、0.72～131g/m2,(水芹)1.88～8.08、0.18～1.83 g/m2,(香根草)0.86～2.44、0.07～0.79g/m2,各植物的N、P吸收量均以浮床系统最高.植物对N、P的吸收量主要取决于自身的生物量和N、P含量.黑麦草吸收的N、P量分别占4种净化系统N、P去除总量的39.3%～59.4%和88.9%～96.3%,其对N、P的吸收己成为各净化系统去除N、P的主要机制.水芹和香根草对N的吸收仅是各净化系统去N的一个途径,其贡献率分别为;10.2%～37.6%和4.8%～17.7%;水芹和香根草对P的吸收量占浮床系统去P总量的96.4%和83.2%,是系统除P的主要机制,但其对3种基质湿地的去P贡献则很小.     

冬春季多年生牧草对富营养化水体的响应及净化效果研究

在室外条件下以8种多年生牧草为材料研究其在重度富营养化水体中的生长状况及生长期间对水体氮磷的削减。结果表明,8种牧草均能适应水生环境并快速生长。经过收割后,每1m2的坦克草浮床生长期内可从水体中吸收17.5g的氮和7.5g的磷。牧草修复水体后,其作为饲料的基本指标均符合国家标准。选取室外试验中生长状况较好的4种多年生牧草进行室内模拟实验,研究其对富营养化水体的修复效应。水体TN、TP、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、COD在植物浮床系统处理下均显著下降,坦克草处理下去除率最高,对TN、TP、NO3--N、CODMn去除率分别达64.1%,92.1%,70.7%和80.7%。多年生牧草在冬春季对富营养化水体中的氮磷具有较好的净化效果,可作为水体生态修复的优良物种而使用。     

混合基质垂直流人工湿地净化废水效果

利用两种混合基质(蛭石+高炉渣、陶粒+高炉渣)构建模拟垂直流人工湿地处理化粪池出水,运行1a试验结果表明,蛭石+高炉渣基质对总鳞(TP)、总氮(TN)、NH4+-N、CODCr的去除效果要好于陶粒+高炉渣系统,而且其4个组合系统对TP、TN、CODcr、NH4+-N去除率分别大于71%、2.5%、61%、65%;水力学负荷比污染物的去除率存在密切关系:CODcr、NH4+-N、TP在水力负荷较小(30.6cm/d)时的去除率比水力负荷61.2cm/d下高;而种植美人蕉的蛭石+高炉渣组合在水力负荷为30.6cm/d,停留时间为0.848d时的处理效果较好,其对NH4+-N、TP、CODcr的去除率分别为94.51%、89.13%、66.46%,均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。     

灌排调控的稻田排水中氮素浓度变化规律

基于农田排水氮素浓度及湿地进出口断面总氮（TN）、氨态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）浓度的监测,研究了灌溉排水措施以及沟塘湿地对农田排水中氮素浓度变化的影响。结果表明,控制灌溉的水稻全生育期稻田排水中TN、NH4+-N和NO3--N浓度分别较常规灌溉处理低12.08%、20.33%和13.51%;控制排水处理下稻田排水中TN、NH4+-N和NO3--N浓度分别较常规排水处理低2.21%、7.08%和20.92%;湿地出口水体中TN、NH4+-N和NO3--N浓度分别比入口降低了16.8%、14.4%和50.9%,湿地水体中TN、NH4+-N、NO3--N浓度随时间近似服从指数函数衰减趋势。控制灌溉、控制排水及沟渠塘湿地系统的调控措施对农田排水中氮素的净化效果比较显著。     

三种基质及其组合配比对生活污水的净化效果

为掌握三种基质及组合配比对生活污水净化的规律,为提高生活污水的净化效率提供参考依据,通过模拟垂直流人工湿地,选取沙、炉渣、土壤三种基质以体积比1∶2∶1,1∶1∶2,2∶1∶1按固定顺序自下而上依次装填试验系统,分别编号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,同时设有单一基质装填及空白对照试验(全沙、全炉渣、全土、空白,依次编号Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ),以不同的水力停留时间(HRT):0.5d、1 d、3 d、5 d、7 d、9 d,探究对生活污水中的NH4+-N、TP的去除率及pH的影响。结果表明,Ⅰ系统NH4+-N的平均去除率最高;Ⅴ系统TP的平均去除率最高,其次为Ⅰ;各系统在0.5～9 d的HRT下,Ⅰ～Ⅵ的NH4+-N及TP去除率存在最高点。但在Ⅶ系统中,TP去除率基本不变,NH4+-N去除率存在最高点。本试验中,系统Ⅰ对NH4+-N及TP均表现出良好的去除效果,即最佳的基质配比为1(沙)∶2(炉渣)∶1(土壤);且在1 d时NH4+-N去除率最高,在5 d时TP去除率最高。     

农村污水加入对模拟稻田生态系统中氮、磷的影响

在温室内,以中性紫色水稻土为基质,水稻(Oryza sativa)为植被构建了模拟稻田生态系统用以处理农村污水,研究了外源污水(TN 15.0mg/L,其中NH4+-N 13.5mg/L,NO3--N 1.5mg/L;TP 2.0mg/L)加入4种系统后,土壤和田面水中各种形态氮、磷、pH等的动态变化。结果表明,外源污水加入后3d土壤中NH4+-N、NO3--N、pH均达到峰值,其中NH4+-N 29.4～46.5mg/kg,NO3--N 12.3～21.4mg/kg,pH 7.9～9.1,完全施肥处理显著高于减量施肥处理,垄作与平作之间差异不显著。7d后NH4+-N、NO3--N、pH显著降低,处理之间差异不显著。外源污水加入后3d,土壤中NH4+-N增加了5.76～9.70g/m2,显著高于田面水中NH4+-N的损失量1.15～1.34g/m2,田面水和土壤中NO3--N分别上升了0.64～0.91g/m2和2.02～4.12g/m2。表明田面水中NH4+-N的减少可能对土壤中NH4+-N的升高有一定的贡献,而田面水中NO3--N的增加量可能来自土壤。土壤中碱解氮和Olsen-P浓度均在污水加入后1d达到峰值,完全施肥处理显著高于减量施肥处理,垄作与平作之间差异不显著。土壤中TN和TP在试验期间有下降的趋势,但是差异不显著。相同施肥条件下,垄作较平作能够获得更高的生物产量,意味着能够带走更多的氮、磷。     

厌氧池-潜流人工湿地处理低浓度农村生活污水的研究

研究了厌氧池-潜流人工湿地系统（anaerobic tank-subsurface flow constructed wetland systerm,AT-SFCW）对江苏省常熟市农村生活污水的处理,探讨了该系统对生活污水中主要污染物的去除效果,并将厌氧池部分与湿地部分的处理效果进行了比较。结果表明,该系统对化学需氧量(CODcr)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)、硝氮(NO3--N)的总平均去除率分别达到44.3%、42.7%、73.9%、45.6%、37.5%,出水平均浓度分别为16.9、5.2、0.1、3.3、1.4 mg/L,达到国家城镇污水处理厂污染物排放一级A类标准（GB18918-2002）。系统中厌氧池部分对CODcr、TN、NO3--N的去除率分别达到17.4%、6.7%、57.7%。TP经厌氧池后有较明显的上升,升高率达到15.3%。系统中湿地部分对TP、NH3-N、TN、CODcr的去除起主要作用,去除率分别达到89.2%、44.5%、36.0%、26.9%。该系统对农村生活污水的处理效果较好,建设运行成本低廉,维护管理方便,适合农村地区生活污水处理的运用与推广。     

黄河口滨岸潮滩不同类型湿地土壤氮素分布特征

对黄河口滨岸潮滩不同类型湿地土壤氮分布特征进行了对比研究。结果表明,湿地土壤氮以有机氮为主,无机氮所占比例较低且以铵态氮为主。土壤氮水平分布特征明显,TN、NH4+-N和NO3--N含量较高的分别是芦苇湿地、碱蓬-柽柳湿地(过渡带)湿地和芦苇湿地;土壤氮垂直分布特征亦明显,表现为表层土壤氮含量大于下层,其中,TN、NH4+-N和NO3--N含量垂直变化最明显的分别是三棱蔗草-朝天委陵菜湿地、碱蓬湿地和芦苇湿地。影响土壤氮分布的主要因素有水分条件、植被类型及微生物活动等。相关分析表明TN与有机氮、有机质呈极显著正相关(P<0.01),NH4+-N与TP呈显著负相关(P<0.05)。研究发现,植被对调整湿地氮的空间分布有一定作用,从而为湿地生态修复提供了理论依据。     

自动增氧型垂直流人工湿地处理农村生活污水试验研究

针对人工湿地中溶解氧浓度不足的问题,采用自动增氧型垂直流人工湿地处理系统进行了农村生活污水脱氮除磷对比试验研究。结果表明,自动增氧型湿地内的DO浓度比非增氧型人工湿地高0.3 mg.L-1左右,TN、NH4＋-N去除率分别达到了67.41%、69.04%,比非增氧型湿地高14.57%、19.79%,但TP去除率与非增氧型湿地差异不显著。说明自动增氧措施对于增加人工湿地中的DO浓度,提高脱氮效率是有效的,但对于除磷效率无显著影响。     

毛乌素退化湿地土壤生源要素垂直分布特征

以毛乌素退化湿地为研究对象,采集芦苇滩地、灌草地、沙地3个不同退化时期9个土壤剖面样本,研究土壤有机碳、全氮、全磷垂直分布,并进行有机碳-全磷、有机碳-全氮Pearson相关性分析和Spearman秩相关分析。结果表明:不同类型退化湿地土壤有机碳、全氮、全磷含量差异明显,随土层深度增加含量减少,并呈现分层特征。研究发现,在土壤剖面深度100cm左右且有黑色泥炭层存在情况下,有机碳、全氮、全磷含量增加。样地土壤有机碳与全氮呈显性线性相关(R=0.989),Spearman秩相关系数为0.944。样地土壤有机碳与全磷呈显性线性相关(R=0.938),Spearman秩相关系数为0.698。     

塘堰湿地减少农田面源污染的试验研究

为研究塘堰湿地对农田氮磷污染的去除效应和规律,在湖北省漳河灌区选取1座典型塘堰并进行改造,于2009年5-9月水稻生育期在塘堰采集水样进行氮磷浓度化验分析。结果表明,塘堰湿地对总氮、总磷整体去除率分别为45.88%、44.20%,取得了良好的降解作用。湿地3个处理单元的对比试验表明,优化了植物种植密度的单元,降解氮的能力显著增强,说明湿地植物对氮素的吸收是湿地去除农田面源污染中氮素的一个重要途径。单元Ⅲ(对湿地底泥进行了疏浚,回填新的底泥,然后重新调整种植密度)比单元Ⅱ(对湿地植物密度进行了优化)的磷的去除效果好,说明底泥对磷的吸附在湿地降解磷素中起重要作用。该研究为以后的湿地研究提供参考。     

沟渠及塘堰湿地系统对稻田氮磷污染的去除试验

为研究原位状态下灌区沟渠及塘堰湿地系统对稻田氮磷污染的去除效应和规律,在湖北省漳河灌区选取农沟-斗沟尺度的3段典型排水沟渠和一处塘堰,分别于2009-2010年5—9月水稻生育期在沟渠和塘堰进出水口采集水样进行氮磷浓度化验分析。结果表明,灌区农沟-斗沟尺度典型排水沟渠对总氮、硝态氮、铵态氮、总磷整体去除率分别为44．6％、9．9％、37．3％、35．1％;塘堰对总氮、硝态氮、铵态氮、总磷的平均去除率分别为15．2％、15．6％、30．2％、-6．5％。典型沟渠和塘堰对氮磷污染的去除表现出一定的抗冲击自修复性。原位条件下,由于排水沟中水力停留时间都不长,使得种植不同植被的沟段之间对氮磷的去除效应差异性不明显。塘堰湿地系统中植被的选育及其管理对去除稻田排水氮磷污染具有重要意义。     

潜流人工湿地对畜禽养殖废水的净化效果

为了提高潜流人工湿地对畜禽养殖废水中污染物的去除效果,该试验通过改变湿地内部结构构建了4个潜流人工湿地单元,选用灰砖块和碎石做湿地填料,冬夏季轮作栽培齿果酸模和大狼把草,考察湿地运行期间对厌氧消化后猪场废水的净化效果。结果表明：湿地单元经过80 d的启动,运行稳定,有植物湿地比无植物对照湿地提前10 d左右进入稳定期。运行期间,各湿地单元对废水中氨氮（ammonia nitrogen,NH4+-N）、总氮（total nitrogen, TN）、总磷（total phosphorus,TP）和化学需氧量（chemical oxygen demand,CODCr）的去除率与气温变化均呈现显著线性正相关。在水力停留时间（hydraulic retention time,HRT）为4 d,进水中CODCr、NH4+-N、TN、TP浓度分别为520、110、120、10 mg/L左右时,4个湿地单元对CODCr、TP的去除率分别在60%和70%以上,对NH4+-N和TN的去除率分别为28%～67%和32%～58%,植物对CODCr及TP去除的贡献分别稳定在10%和4%左右,植物对氮的去除效果受气温影响较大,夏季对NH4+-N和TN去除的贡献分别可达13%和12%。与一般潜流人工湿地比较,改进的波形潜流人工湿地对NH4+-N、TN和CODCr的平均去除率提高均在3%以上,对TP去除效果差异不显著（P＞0.05）。该研究可为构建大规模的潜流人工湿地处理畜禽养殖废水提供理论依据和技术支持。     

湿地植物对富营养化水体中氮、磷吸收能力研究

用营养液培养方法研究了11种湿地植物对氮、磷的吸收能力。结果表明,湿地植物平均生物量变化范围在9.31～49.53.g/plant(干重)之间;其地上部分与地下部分生物量的比值在1.21～3.09之间。美人蕉、菩提子、凤眼莲和芦苇有较高的地上部分生物量,而麦冬的地上部分生物量较低。地上部分植株氮、磷含量变化范围分别是22.13～33.03.mg/g和2.53～5.38.mg/g(以干重计算);湿地植物对氮、磷的吸收量分别是252.99～1279.98和23.55～251.83.mg/plant,对氮、磷去除率分别是10.91%～59.32%和50.13%～87.26%。氮和磷的吸收主要受湿地植物生物量的影响,美人蕉、菩提子、凤眼莲和芦苇对氮、磷都有较好的吸收能力。     

三江平原湿地不同土地利用方式对土壤养分及酶活性的影响

以中国科学院三江平原湿地生态试验站为对象,研究了不同利用方式（湿地草甸、旱田系统、退耕成草、退耕成林）对土壤酶活性分布特征及相关因子的影响。结果表明:土壤利用方式不同,土壤酶活性（转化酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶）、有机碳含量和土壤养分含量有较大差异。土壤有机碳、全氮、全钾、速效磷、碱解氮、微生物量碳和氮均呈现出一致的变化规律,依次表现为湿地草甸 > 退耕草地 > 退耕林地 > 旱田系统,也即由湿地草甸退化过程中,土壤养分含量逐渐降低,其中不同土地利用方式下土壤全磷含量差异不显著（p>0.05）,在湿地的退化过程中,土壤全磷并没有发生显著的变化。与湿地草甸相比,土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均显著降低,其活性分别降低了32.69%,36.71%,50.00%,44.28%,由旱田系统恢复为湿地草甸系统后,土壤各种酶活性均显著增加,其中土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性分别比旱田系统增加了26.68%,31.51%,48.19%,43.84%;表明由湿地草甸开垦为耕地和由耕地恢复为湿地草甸和林地,发生着两种不同的生物学过程,前者为微生物降解过程,而后者则为微生物累积过程。相关性分析表明SOC,TN和SMBC对土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性的贡献为正,对土壤酶活性起到主导作用。主成分分析表明影响土壤酶活性最主要的因子为SOC,TN和SMBC。     

多级串联表面流人工湿地净化生活污水效果

农村生活污水已经成为农业面源污染的主要来源之一。为了研究如何在经济发展水平不高的农村建立能有效治理农村生活污水,且建设成本低、运行维护简单的人工湿地系统,该文通过在桂林市青狮潭灌区构建了多级串联的表面流人工湿地系统,研究分析了不同子系统的水质净化效果及相关检测指标浓度的沿程变化规律。研究结果表明,湿地系统对氮磷的去除效率总体呈现出随时间推移逐渐下降的趋势,同时湿地的表面积越大,其对氮磷的去除率越高。研究还发现,该湿地系统对高浓度进水具有快速、稳定的去除效果,而对低浓度进水的营养盐去除则表现得较为平缓和持久。通过对湿地系统沿程氮磷浓度衰减的拟合及回归分析,建立了与湿地系统进口浓度有关的TN、NH4+-N和TP浓度的沿程衰减模型,相关分析表明其最佳的拟合模型均为指数衰减模型。该湿地系统在整个试验时期内均表现出了良好的净化效果,有效地减轻了农村生活污水对外界水环境的破坏,指数衰减模型的建立也为后续湿地设计及排水水质预测提供了理论分析依据。     

活水公园复合人工湿地春夏净化效果对比研究

依托成都市活水公园复合人工湿地系统,于2011年1-6月,对该人工湿地系统水流沿程主要水质指标（TN,NH₃—N,TP,DP）进行监测及处理效果分析,以深入研究不同季节人工湿地水流沿程污染物的净化规律。结果表明:主要污染物总氮、氨氮、总磷及溶解性磷的去除率春季分别为45.5%,65.7%,77%,72.6%,夏季分别为56.9%,87.1%,76.9%,73.7%,对氮的去除效果存在季节性差异,而对磷的去除效果差异性不明显;并联的人工湿地塘床区左湿地系统各主要污染物净化效果明显高于右湿地系统,对氮、磷的去除率平均高4%和6%。研究认为,活水公园复合人工湿地系统春夏对不同污染物的净化存在季节差异,人工湿地塘床区不同植物组合与配置对人工湿地处理效果会产生一定的影响。     

不同退耕年限下安庆沿江湿地土壤氮、磷变化研究

选取退耕3~21 a的湿地土壤,以现耕油菜地和原始自然湿地土壤为对照,对安庆沿江湿地土壤氮、磷的变化趋势进行了比较分析。结果表明,不同退耕年限下土壤氮、磷素变化趋势明显。土壤全氮含量变化在退耕3~7 a内随退耕年限的增长呈增加趋势,在退耕7 a后达到一个相对稳定状态;土壤有效氮含量变化与全氮含量变化趋势基本一致。土壤全磷含量变化随退耕年限的增长呈较缓递减趋势,平均减少速率为11.6%;土壤有效磷含量的变化在退耕初期随退耕年限的增加呈减少趋势,在退耕9 a后随退耕年限增长呈增加趋势。研究结果表明,相对于土壤氮素,退耕后湿地土壤磷素恢复相对滞后,因此评价湿地土壤生态恢复时土壤磷素指标尤为重要。