红树林人工湿地的脱氮除磷效果研究

为探究红树林人工湿地对海水池塘尾水中氮（N）、磷（P）元素的净化作用,选择秋茄（Kandelia candel）、桐花树（Aegicerascorniculatum）、红海榄（Rhizophora stylosa）3种红树植物构建人工湿地系统。在试验进行的一个月内,以海水池塘养殖尾水中的N、P为参考,浇灌5、10、15倍和25倍N、P浓度的人工海水,序时收集出水口水样,分别测定不同形态的N、P营养盐含量。研究显示,在N、P浓度升高时,人工湿地系统对氨态氮（NH₄⁺-N）的去除率下降,15倍浓度处理下秋茄对NH₄⁺-N的去除效果显著高于红海榄和桐花树（P<0.05）,红树植物处理组能使系统中硝态氮（NO₃^--N）浓度保持稳定,同时对水体中的亚硝态氮（NO₂^--N）始终有良好的去除效果。试验开始后的0~3 d,系统中磷酸盐（PO₄^3--P）浓度显著下降,表现出对PO₄^3--P良好的去除效果。综合来看,红树林人工湿地对海水池塘养殖尾水中N、P的去除效果较好,可作为海水池塘养殖尾水达标排放的修复技术应用推广。     

基质改良对河岸带芦苇区冬季脱氮效果及土壤-植物化学计量特征的影响

为探究基质改良对亚热带地区河岸带芦苇区冬季脱氮效果和土壤-植物化学计量特征的影响,以河岸带土壤基质为对照,通过芦苇湿地模拟实验,系统探讨不同基质（砾石、砾石+生物炭、陶粒+生物炭、改性陶粒+生物炭）添加条件下,芦苇湿地的冬季脱氮效果,以及土壤和植物各器官中C、N、P含量及其化学计量比。结果表明：基质改良能够提高芦苇湿地冬季脱氮效果,添加砾石处理使 NH₄⁺-N去除率提高8.3个百分点（P<0.05）,添加砾石+生物炭处理使TN和NH₄⁺-N去除率均提高8.9个百分点（P<0.05）。基质改良能够增加土壤TC、TN和TP含量,其中,添加砾石+生物炭处理使三者含量均显著增加（P<0.05）。添加生物炭的3个处理均有利于根C固定和植物N吸收,添加陶粒+生物炭和改性陶粒+生物炭处理对植物生长具有促进作用。土壤-植物化学计量特征存在一定的相关性,且土壤与植物茎和根之间的关系更大;与植物相比,基质改良使芦苇湿地冬季脱氮效果更易受到土壤化学计量特征的影响。研究表明,适当的基质改良能够提高亚热带地区河岸带芦苇区冬季脱氮效果,增加土壤养分,促进植物生长。     

三种湿地植物在高负荷养猪废水脱氮过程中的根际效应

为了探究不同湿地植物在处理高负荷养猪废水时的根际效应,本研究通过野外小区控制试验,以3种常见的挺水植物美人蕉（Canna indica）、梭鱼草（Pontederia cordata）、黄菖蒲（Iris pseudacorus）为研究对象构建表流人工湿地,研究人工湿地植物根系分泌物与根际氮循环微生物之间的关系。结果显示,梭鱼草对养猪废水的处理效果最好,氨氮、硝氮和总氮的去除率分别为78.3%、93.4%和81.2%。与试验前相比,梭鱼草和黄菖蒲根系可溶性有机碳（DOC）分泌速率在试验后分别增加了44.9%和13.5%;根系总有机酸（TOA）分泌速率分别增加了125.1%和147.5%。在处理养猪废水后,3种植物根际硝化过程氨氧化细菌（AOB）占主导地位,AOB-amoA基因丰度在黄菖蒲根际土中最高,为2.6×10⁸ copies·g^-1;反硝化过程nirK基因占主导地位,nirK基因丰度在梭鱼草根际土中最高,为4.3×10⁸ copies·g^-1。同时,3种植物根际均存在较明显的厌氧氨氧化过程,hzsB基因丰度在梭鱼草根际土中最高,为2.6×10⁷ copies·g^-1。研究表明,根系分泌DOC和TOA可促进根际氮循环微生物的生长繁殖,进而提高人工湿地系统的脱氮能力。3种植物中梭鱼草生物量较大,根系分泌能力较强,在养猪废水的生态修复方面具有更高的应用潜力。     

新建组合填料潜流湿地脱氮除磷研究

以城市污水ANOXIC—OXIC工艺出水为处理对象，在中试规模上研究了新建组合填料潜流湿地的脱氮除磷效能。结果表明，当COD面积负荷率、TN面积负荷率、TP面积负荷率、HRT（水力停留时间）分别为8．7～22．1g／（m^2·d）、7．29～24．28g／（m^·-d）、0．94—1．84g/（m^2·d）、0．48—0．59d时，①湿地启动阶段，COD去除率为30．3％、面积负荷去除率为6．63g／（m^2·d）、反应动力学常数为0．23m／d；SS去除率为45．5％；氨态氮、亚硝态氮和硝态氮的去除率分别为9．3％、40．0％和25．0％；TN去除率为14．9％、面积负荷去除率3．63g／（m^2·-d）、反应动力学常数为0．10m／d；TP去除率为92．4％、面积负荷去除率为0．93g／（m^2·-d），反应动力学常数为O．94m／d。②稳态运行阶段，COD去除率为33．9％，面积负荷去除率为2．98g／（／m^2·d），反应动力学常数为0．24m／d；SS去除率为50．0％；氨氮、亚硝氮和硝氮的去除率分别为50．2％、41．9％和24．7％；TN去除率为29．9％，面积负荷去除率为2．19g／（m^2·d），反应动力学常数为0．18m／d。TP去除率为90．5％、面积负荷去除率为0．89g,／（m^2·d）、反应动力学常数为0．86m／d。③随TN面积负荷增加，TN面积负荷去除率和TN动力学常数均随之线性增加；随TP面积负荷增加，TP面积负荷去除率随之线性增加，而反应动力学常数呈幂函数增加。     

三种人工湿地植物对城镇生活污水的处理

利用人工湿地处理技术探讨城镇生活污水治理与利用,研究菖蒲、美人蕉、麦冬3种植物在水力停留时间分别为1、3、5、7 d时对城镇生活污水的净化效果。结果表明,3种植物中美人蕉的处理效果最好,麦冬较差。在水力停留时间为7 d、密度为10株/m2时美人蕉对BOD5、CODcr、TP和TN的去除率分别为92.3%、88.2%、94.9%、94.6%。人工湿地生态系统适合以生活污水为主的城镇污水处理。     

利用农业废弃物强化人工湿地处理污水处理厂尾水机理研究

为研究3种典型的农业废弃物（玉米芯、玉米秸秆和小麦秸秆）作为人工湿地外加碳源脱氮的可行性,利用三维荧光和高通量测序分析了植物碳源在人工湿地中促进废水脱氮的增强机制。结果表明：农业废弃物材料可以很好地释放有机碳,累计碳释放量为119.78~172.84 mg·g^-1,同时分解释放的溶解性有机物（Dissolved organic matter,DOMs）主要由腐植酸和黄腐酸组成。在添加农业废弃物的人工湿地中,TN去除效率提高了30.8%~41.2%,并且脱氮菌属Pseudomonas、Thauera等的相对丰度提高了16.38%~22.02%。添加玉米秸秆的人工湿地具有较好的脱氮效果。研究表明,利用农业废弃物作为人工湿地外部碳源处理污水处理厂尾水,可以显著降低尾水中TN,这也为农业废弃物的处理找到了一个新的出路。     

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。     

人工湿地植物的选择及湿地植物对污染河水的净化能力

阐述了在人工湿地中植物的作用和选择人工湿地植物的原则，分析比较了4种常用于人工湿地的植物的生长特性、环境适应性，并进行了潜流人工湿地和生物滤床作为人工湿地的对照试验）对污染河水处理效果的比较。结果表明，在湿地床中，美人蕉（C．flaccida）和香根草（Vetiveria zizanioides）长速较快，较适合于需快速启动的湿地系统；风车草（Cyperus slternifolius）长势良好，覆盖度接近100％；纸莎草（Cyperus papyrus）长势较差，环境适应性差。在HRT为13h的运行条件下，系统稳定运行后植物对CODMn，TP、TN、NH4^＋-N的平均去除率分别为3．1％、2．0％、12．7％、5．2％，植物对浊度没有明显的改善作用。人工湿地有较强的耐冲击负荷能力，在HRT为13h条件下系统的处理能力还有较大的提升空间。     

复合潜流人工湿地对农村生活污水的净化效果 及其微生物群落结构特征

试验探究了复合潜流人工湿地对农村生活污水的净化效果及其微生物群落结构特征。结果表明，当水力负荷为0.35 m³·(m²·d）^-1时，系统对TN、NH₄⁺-N、COD和TP去除效率分别为（89.84±7.64）%、（98.67±1.31）%、（61.63±16.01）%和（70.21±8.00）%。湿地中一共发现11个主要菌门、18个主要菌纲和33个主要菌属，变形菌门（Proteobacteria）、蓝藻门（Cyanobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、酸杆菌门（Acidobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）是其中的优势菌门，它们在各级湿地中表层和底层的相对丰度分别是57.26%、61.37%、91.60%、93.22%、88.78%、88.02%。蓝藻菌纲（Cyanobacteria）、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria) 、芽孢杆菌纲(Bacilli)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)是其中优势菌纲，约占主要菌纲的70%。共有17个优势菌属，在各级湿地中的分布情况不同，其中芽孢杆菌属（Bacillus）相对丰度最高，集中分布于第三级湿地，其次是Leptolyngbya、席藻属（Phormidium），在第一、二级湿地中广泛分布。复合潜流人工湿地具有良好污水净化效果，系统中有机物和氮素的去除主要依靠微生物作用，磷素的去除主要依靠基质吸附沉淀作用。     

温度和不同氮磷浓度培养的小球藻对透明溞生长和繁殖的影响

研究了5种不同氮、磷浓度（3个氮磷比）对小球藻（Chlorella vulgaris）生长和藻体氮、磷含量的影响;并以这些不同氮、磷含量的小球藻在11、17和23 ℃ 3种温度条件下投喂透明溞（Daphnia hyalina）,研究温度和不同条件培养的小球藻对透明溞生长和繁殖的影响。结果表明：3种氮磷原子比（正常BG-11培养基,N∶P=76.77∶1;氮磷比为正常培养基的1/5和5倍的培养基）中,氮磷比为正常培养基1/5的小球藻生长最好,且其藻体氮磷比明显低于其它组;氮磷比为正常培养基5倍的小球藻生长速度低于正常培养基组,但其藻体的氮磷比略高于正常培养基组。用这些藻类投喂透明溞,结果表明,在各种培养温度下,投喂低N∶P组小球藻的透明溞净生殖率（R₀）和平均世代周期（T）总体表现为最高（范围分别为36.14~120.83和24.61~35.56 d）,投喂中N∶〖KG-*2〗P组小球藻者次之（范围分别为16.29~59.39和20.52~33.59 d）,投喂高N∶P组小球藻者最低（范围分别为13.02~38.99和18.99~33.51 d）;然而,透明溞的内禀增长率（〖WTBX〗rm〖WTBZ〗）则表现为投喂高氮且高N∶P组小球藻者最高（范围为0.115~0.179）,低N∶P组次之（范围为0.105~0.152）,而低磷且高N∶〖KG-*2〗P组最低（范围为0.081~0.128）。此外,水体温度对透明溞生长和繁殖也有影响,17 ℃是透明溞生长、繁殖最适合的温度。     

红树林人工湿地处理含海水污水效果研究

以红树植物秋茄为湿地植物构建耐盐人工湿地系统,以研究采用红树林人工湿地工艺处理含海水污水的可行性及其处理特性,实验中分别研究了红树林人工湿地系统处理含海水比例为10％、30％和50％的污水时的处理效果。研究结果表明,当污水中海水比例在30％以下时,红树林人工湿地对含海水污水具有较好的处理效果,其对NH4^＋-N、TN、TP及COD等指标的去除率分别达到71．6％．79．8％、75．5％～89．6％、82．7％～97．4％及66．6％-85．3％,处理效果较好。当海水比例为50％时,红树林人工湿地的净化效果明显下降,对COD的去除率下降至40％左右。实验中进一步研究了在进水海水比例为30％情况下人工湿地的负荷对其净化效果的影响,研究结果表明,当进水COD负荷维持在12．6。18．9g／（m^2·d）范围内,可使红树林人工湿地达到较高的运行效率,其对对COD的去除率稳定在70％左右。     

高效降解菌固定化反应器-人工湿地组合工艺处理工业型村镇废水

利用广谱高效毒害有机物降解菌Lysinibacillus sp.FS1(CCTCC M 2013561)开展固定化微生物反应器-人工湿地(IMRICW)组合工艺对工业型村镇废水处理的工程应用研究。工程运行结果表明,组合工艺对COD、TN、NH3-N、TP和TSS的平均去除率分别达到71.5%、59.5%、56.9%、46.0%和82.9%,其中COD和TSS出水均值达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级A排放标准。GC-MS检测结果发现,固定化微生物反应器对混合废水中10种主要有机污染物的去除率均在50%以上,其中毒害有机物3,4-二氯苯酚和乙酸苯酯的去除率分别达到81.2%和95.6%,其脱毒减害作用可减缓人工湿地的生态压力,显著提升组合工艺对COD(P0.01)、TN(P0.01)和NH3-N(P0.05)的去除效果。     

复合人工湿地处理低浓度畜禽养殖废水的净化效果

为了解人工湿地对低浓度畜禽养殖废水的去除速度与净化效果,采用4级复合人工湿地以间歇进水的方式处理低浓度猪场废水,监测不同时期各级湿地进出水中TN、TP、NH_4~+-N、COD_(Cr)等污染物指标浓度的变化。结果表明,复合人工湿地进水中TN、TP、NH_4~+-N、CODCr年平均初始浓度分别为41.6、8.4、21.4、253.9 mg·L~(-1),去除率分别为94.66%、79.36%、91.04%、32.32%。其中1级湿地(芦苇-砾石垂直渗透流)对TN、TP和CODCr去除速度较快,分别为2.9、0.6、7.5 g·m~(-2)·d~(-1);2级湿地(芦苇-沸石垂直渗透流)对NH_4~+-N去除速度较快,为1.8 g·m~(-2)·d~(-1);3级湿地(芦苇-砾石水平潜流)和4级湿地(稻田水平表面流)对污染物的去除速度较低,对TN、TP、NH_4~+-N的去除速度均小于0.4 g·m~(-2)·d~(-1),对COD_(Cr)的去除速度小于2.3 g·m~(-2)·d~(-1)。污染物去除率受季节温度变化的影响较小。     

不同植物类型复合垂直流人工湿地根系微生物群落结构的研究

为探讨湿地植物种类及季节变化对复合垂直流人工湿地根系微生物群落结构的影响,采用微生物多样性测序技术对菖蒲(Acorus calamus L.)湿地、美人蕉(Canna indica L.)湿地和水葱(Scirpus validus Vahl)湿地根系微生物群落结构进行研究。结果表明,三种湿地植物根系微生物丰富度秋季夏季冬季。水葱湿地上、下行池根系微生物丰富度差异不大,菖蒲湿地和美人蕉湿地(除10月份外)下行池丰富度比上行池高。不同池子的微生物群落成员相似,且上行池样本相似性比下行池样本相似性高。从属水平上,被检测到的硝化细菌有Nitrospira和Candidatus Nitrosophaera。反硝化细菌有Dechloromonas、Flavobacterium和Pseudomonas等。除美人蕉湿地下行池外,秋季的菖蒲湿地和水葱湿地根系硝化细菌相对丰度均高于夏季和冬季。研究结果可为人工湿地的运行优化提供参考。     

不同植物篱系统对坡耕地农田径流污染物的去除效果

采用人工模拟实验,探讨了四种植物篱系统在不同坡度(5°、10°和20°)、不同污染物进水浓度(低、中、高)下对坡耕地农田径流污染物TN、TP、NH_3-N、TOC、COD的去除效果。植物篱系统分别是红叶石楠+小叶女贞+黑麦草(T1)、红叶石楠+小叶女贞(T2)、小叶女贞+黑麦草(T3)、红叶石楠+黑麦草(T4)。结果表明:植物篱系统对污染物的去除率均随坡度的增加而下降,TP、NH_3-N、COD尤为明显,当坡度由5°增加到20°时,TP的去除率由52.25%~76.75%降至33.68%~60.34%,NH_3-N的去除率由36.84%~68.33%降至34.30%~45.46%,COD的去除率由13.26%~38.69%降至3.15%~26.74%。除NH_3-N外,随污染物进水浓度的升高,植物篱对污染物的去除效果越明显,TP的去除率可由33.33%~60.11%升至57.06%~81.44%,TOC的去除率可由-0.84%~2.92%升至9.64%~17.69%,COD的去除率可由-14.75%~11.25%升至20.62%~42.33%。植物篱系统对TN、TP、NH_3-N、TOC、COD的去除效果显著优于裸土(对照系统),在不同坡度下去除率最高分别能由12.81%升至47.02%、34.29%升至76.75%、18.27%升至68.33%、-0.93%升至11.52%、2.31%升至38.69%,在不同污染物进水浓度下分别能由15.57%升至53.05%、37.93%升至81.44%、17.60%升至64.05%、2.92%升至17.69%、-33.40%升至11.25%。总体而言,植物篱系统平均去除效果依次为T1T4T3T2,即红叶石楠+小叶女贞+黑麦草去除效果最佳,这与三种植物的地表覆盖率高、根系发达以及在功能上相互取长补短、协同固定污染物有关。     

五种挺水植物腐解过程及其对湿地水质的影响

为研究5种挺水植物腐解对湿地水质的影响,通过为期60 d室内模拟试验,选取5种挺水植物海寿花、白菖蒲、美人蕉、再力花和风车草,研究其腐解过程及对水质的影响。结果表明:5种挺水植物腐解速率趋势相似,初期(0～6 d)快速分解,随后缓慢分解,试验结束时,5种植物质量损失率大小依次为菖蒲(69.40%)美人蕉(68.42%)海寿花(46.72%)风车草(34.33%)再力花(33.73%)。在整个试验周期内,植物残体TN窄幅波动,植物残体TP在试验初期(0～6 d)快速下降,随后窄幅波动。不同种类植物腐解过程对水质的影响存在差异,但均在试验初期引起水质较大变化。水体pH和DO在试验初期快速下降,随后缓慢上升,试验结束时均低于初始值,其中水体pH与植物腐解速率呈显著负相关(P0.01)。不同处理组水体TP和无机氮(NH_4~+-N、NO_3~--N和NO_2~--N)含量变化也存在一定差异,水体TP与pH负相关,但仅有菖蒲组和风车草组具有显著性(P0.01)。研究表明:挺水植物腐解对湿地水质的影响具有时效性,应在植物衰亡初期进行有计划地收割,避免引起水质剧烈波动。     

垂直潜流湿地对生活污水的净化效能研究

采取间歇式进水和垂直潜流湿地结合的方法处理实际生活污水,构建了4个人工湿地,即菖蒲湿地、芦苇湿地、混栽湿地（菖蒲和芦苇）及空白对照湿地,针对不同水力停留时间（HRT）及植物种属进行研究。结果表明：总氮（TN）和氨氮（NH4＋-N）的去除,种植植物的湿地以HRT为7d处理效果最好,TN和NH4＋-N去除率最高分别达到99.60%和99.58%。空白湿地中,TN去除率以HRT为6d和NH4＋-N去除率以HRT为5d为最好,最高分别达到87.90%、91.80%。对总磷（TP）的去除,4个湿地均以HRT为6d为最佳,去除率均高于93.00%。通过对不同植物的研究,发现植物床对氮的去除效果优于空白湿地,芦苇湿地和混栽湿地的处理效果均优于菖蒲湿地。     

浸润线高度对垂直潜流湿地处理效果的影响研究

针对污染物浓度较高的猪场沼液,开展了不同浸润线高度下垂直潜流湿地处理效果的对比研究。试验结果表明:湿地浸润线可改变湿地填料层中的溶解氧分布和水力流态,从而造成了3种类型湿地系统对猪场沼液处理效果的差异;在不同水力负荷下,中浸润线垂直潜流湿地(VSSF-M)对猪场沼液中各项污染物的去除效果均好于低浸润线垂直潜流湿地(VSSF-L)和高浸润线垂直潜流湿地(VSSF-H);中浸润线垂直潜流湿地利用溶解氧梯度在填料层内实现了好氧区、缺氧区和厌氧区的共存,从而使硝化作用与反硝化作用在同一系统内完成,提高了系统的脱氮能力;中浸润线垂直潜流湿地系统还可适当增大系统的水力停留时间(HRT),并可优化水力流态,从而进一步改善湿地系统的净化效果。因此,结合处理效果和出水水质的稳定性,中浸润线垂直潜流湿地对浓度较高的猪场沼液具有较高的去除效率。