不同植物配置人工湿地对废水中镉的去除和富集效应

人工湿地是一种人工建造的安全高效的生态处理技术,植物和基质都是其重要组成部分,其中的植物可以吸收污水中的营养物质、重金属及其他有毒、有害物质。为研究植物对含Cd废水的处理效果,检验植物丰富度对人工湿地Cd去除能力的影响,探讨湿地植物对Cd的富集特性,为人工湿地建设提供理论支持。选用3种湿地植物灯心草(Juncaceae)、水葫芦(Eichhornia crassipes)和水芹菜(Oenanthe javanica),按2种或3种混合方式,构建小型模拟人工湿地,测定分析其对低浓度(5 mg/L)含Cd废水中Cd的去除率、溶解氧(DO)浓度的影响及3种植物富集Cd含量、Cd在植物体内的亚细胞分布和化学形态。结果表明:水芹菜、灯芯草、水葫芦共同配置的湿地系统中,植物间发生协同作用,废水中DO浓度、Cd的去除率及3种植物对Cd的总富集量均最高;水芹菜的地下部分(根)富集量显著高于另外2种植物,灯芯草对Cd的抗性最强且转运系数最高,这2种植物属于优势湿地植物;Cd主要富集在3种植物细胞壁部分,以减轻对其他细胞器的毒害作用;植物体内的Cd以游离态为主,与有机配体结合较少,以减轻植物受害程度。在低浓度Cd污染下,水芹菜+灯心草+水葫芦的组合对废水的净化效果最好,Cd去除率达到68.14%。     

不同耐盐植物人工湿地净化养殖外排水效果

为了探究不同耐盐植物对海水养殖外排水的去污效果,选取了芦苇(Phragmites australis)与互花米草(Spartina alterniflora)为湿地植物,细沙、蛭石和珊瑚石为基质,构建了2套复合垂直流人工湿地系统。对比分析了2种挺水植物的耐盐性及对海水养殖外排水中氨氮(NH_4-N)、亚硝态氮(NO_2-N)、硝态氮(NO_3-N)、高锰酸钾指数(COD_(Mn))和磷的净化效果。结果显示,芦苇耐盐度最高为20,而互花米草在盐度35以下均能正常生长,芦苇和互花米草湿地系统对NH_4-N的平均去除率分别为(85.48±0.50)%和(95.01±1.18)%,对COD_(Mn)平均去除率分别为(57.74±4.40)%和(72.84±2.64)%。互花米草湿地系统对NH_4-N和COD_(Mn)的平均去除率高于芦苇湿地,分别高9.53%和15.01%,差异性显著(P0.05)。互花米草和芦苇湿地系统对磷酸盐和总磷(TP)的去除率为40.00%~50.00%,差异性不显著(P0.05)。研究表明,在高盐胁迫下,互花米草生长状况和对无机氮(DIN)和COD_(Mn)的去除效果均优于芦苇,2种植物对磷酸盐和TP的去除率差异不明显。     

人工湿地植物的抗寒性研究进展

湿地植物是人工湿地的重要组成部分,具有吸收降解污染物、传输氧气、增强水力传输能力、美化景观等功能,但是到了寒冷的冬季,植物进入休眠期甚至枯萎死亡,从而降低人工湿地的净化效率。本文介绍了湿地植物在抗寒性上的相关研究进展,并为今后湿地植物的抗寒性研究上提供思路及参考。     

人工湿地系统中梭鱼草和香蒲对镉积累的动态变化

为探讨人工湿地系统中挺水植物梭鱼草(Pontederia cordata)和香蒲(Typha orientalis)对镉(Cd)积累的动态变化,通过在室外表面流人工湿地采样和室内分析相结合的方法,对8-12月梭鱼草和香蒲地上部和地下部的生物量、镉含量及积累量的动态变化进行了分析。结果表明,梭鱼草根部和茎叶镉含量为0.25~0.70mg/kg和0.07~0.18mg/kg,香蒲根部和茎叶镉含量为0.16~0.39mg/kg和0.11~0.17mg/kg,根部镉含量均显著高于各自的茎叶部,两种植物各部位镉含量均在10月达到最大值,两者对镉的富集与转运能力均随着月份的变化而变化,都呈先增高、后降低的趋势;其中,梭鱼草对底泥镉的富集系数为0.76~3.13,香蒲为0.63~0.91,两者的富集系数最高值均出现在10月;两者的转运量系数分别为1.12~10.47、3.25~8.10,最大值分别出现在9月、10月。在10月之前,同一月份梭鱼草地上部的生物量和对湿地中镉积累量均极显著或显著高于香蒲。两种植物地上部分生物量和对湿地中镉积累量均极显著高于地下部分(P<0.01)。综合考虑两种植物的生物量及对镉的积累量,9月和10月分别为梭鱼草和香蒲地上部分最佳收获月份,能够最大化去除湿地系统中的镉。     

人工湿地植物的功能与选择

植物在人工湿地中起着非常重要的作用,它可以拦截大颗粒污染物,吸收降解营养物质;能够稳固湿地床表面基质,降低冰雪在湿地表面的凝结速率;可以改善处理系统景观,为野生生物及微生物的生长提供适宜的环境,具有生态美学和经济价值。选择植物应考虑植物的适应性、净化能力、抗逆性、经济和观赏价值以及物种间的合理搭配。本文阐述了植物在人工湿地中的作用和选择人工湿地植物的一些基本原则,提出了植物在人工湿地实际运用时仍存在的一些问题,对其应用前景做了展望与讨论。     

湿地植物对不同污染物的去除机制

湿地植物在湿地水质净化过程中起到了重要作用。本文主要论述了湿地植物对氮磷、重金属以及有机污染物的去除机制,主要包括植物的直接作用包括吸收、吸附和富集作用,以及间接作用包括根际微生物的降解和螯合作用。此外,对影响植物对污染物去除的因素也进行了总结,指出生物因素包括不同的植物类型和器官;非生物因素主要指土壤基质类型、植物根际氧浓度、pH等诸多环境因子。通过研究湿地植物对污染物的去除机制,提出不同植物配置以及植物-微生物联合修复模式,从而提高人工湿地对污染物的净化效果。     

人工湿地对水产养殖废水中氮磷的去除效能分析

通过分析人工湿地建造的具体用途,以及在处理废水时的特点,探究如何对水产养殖废水中的氮元素及磷元素进行处理。     

植物收割对人工湿地基质酶活性的影响

研究了7月份植物收割对人工湿地基质磷酸酶、脲酶、蛋白酶、脱氢酶活性及养殖废水中总氮(TN)、总磷(TP)、COD去除率的影响。结果显示:植物收割后磷酸酶、脲酶、蛋白酶活性开始增高,分别于第20天(13.7 mg/100 g)、第16天(1.9 mg/100 g)、第12天(61.7 mg/100 g)达到最大值,均于第28天(10.1 mg/100 g、1.1 mg/100 g、43.2 mg/100 g)恢复到收割前水平。脱氢酶活性在植物收割后第4天(142.3μL/100 g)降到最小值,此后开始增高,第16天(249.5μL/100 g)达到最大值,于第24天(195.6μL/100 g)恢复到收割前水平。净化效果研究表明,植物收割后TP、TN去除率开始增高,分别在植物收割后第20天(75.1%)、16天(60.6%)达到最大值,均于第28天(51.1%、34.1%)恢复到收割前水平。COD去除率在收割后第4天(25.3%)降到最小值,此后开始增高,第16天(70.2%)达到最高值,第24天(46.5%)恢复到收割前水平。     

全尺度人工湿地中植物多样性对基质无机磷季节动态的影响

测定了4个季节的全尺度人工湿地中基质无机磷含量,研究植物组成与多样性对基质无机磷季节动态的影响。方差分析表明,4个季节中,除冬季物种丰富度与无机磷呈正相关之外,其他3个季都没有显著的相关性,植物组成对无机磷有显著的影响。基质无机磷夏季(2008年7月植物生长最快的季节)最高,平均值为(12.36±0.43)mg/kg,而秋季(植物收割后采集的基质样品)最低,平均值为(9.16±0.40)mg/kg;表明基质营养(如无机磷)的季节动态变化趋势与植物的生长规律相一致。研究表明,在大型人工湿地中,衡量植物多样性对基质营养季节动态的影响效应时,植物组成要比植物多样性更有说服力。     

利用人工湿地处理池塘养殖废水效果分析

构建表面流和水平潜流人工湿地系统处理水产养殖池塘排放的废水,以减少水产养殖废水对周围水域环境的污染.结果表明,经湿地净化处理后,养殖废水中总氮、总磷、CODMn、氨氮分别从2.32、0.50、14.88、0.61 mg/L降至0.98、0.18、9.72、0.30 mg/L,叶绿素a从369.6 μg/L降至61.78 μg/L,水质明显得到净化.湿地植物存活时组织氮、磷含量明显高于死亡时,湿地植物死亡时梭鱼草、黄菖蒲、小香蒲的组织氮含量分别仅为存活时的18.8%、26.8%、38.1%.湿地植物死亡时收割可去除氮、磷含量分别为11.68 g/m2和4.81 g/m2,再力花去除氮、磷能力最强.在湿地植物死亡前收割能够提高湿地植物吸收所贡献的净化率.     

人工湿地净化海水养殖外排水效果与微生物群落分析

利用实验室规模的复合垂直流人工湿地系统来处理海水养殖外排水,探讨了人工湿地对外排水中主要污染物指标氨氮、磷酸盐和COD的去除效果,并利用变形梯度凝胶电泳技术(DGGE)分析了人工湿地内部微生物的群落组成和结构特点。结果显示,人工湿地对海水养殖外排水中的氨氮、磷酸盐和COD去除效果显著,平均去除率分别为(92.82±3.27)%、(72.53±2.31)%、(66.04±8.23)%;人工湿地系统内微生物组成较为丰富,且不同位置存在着种属相同、数量不同的生态幅广泛的优势种;人工湿地下行流池微生物多样性指数(H′)比上行流池高,且沿水流方向呈下降趋势;人工湿地系统中距离越远相似性系数越小;海水养殖外排水人工湿地处理系统微生物种群包括变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)和厚壁菌门(Firmicutes),其中,主要的优势菌群属于变形菌门和拟杆菌门。     

人工湿地堵塞监测方法的研究进展

人工湿地堵塞是目前国内外研究的热点问题,精确、高效的监测方法对提升湿地运行管理及净化能力等有重要意义。总结前人研究成果,比较分析目前人工湿地堵塞常见和可能的监测方法,对人工湿地堵塞监测方法和装置设备的研究方向及重点进行了展望,以期为堵塞湿地的长期监测提供参考。根据湿地内部水力学分析、基质或堵塞物物理化学性质将监测方法分为原位法和异位法。原位法中基于水力传导率测定的下降水头法和恒定水头法应用广泛;示踪剂技术较为简明直观,常用作堵塞湿地水流模型的建立;时域反射探针、探地雷达以及核磁共振传感器等新型原位探针技术对湿地内部造成的干扰较小,在湿地堵塞物定性定量方面具有良好发展前景;基于湿地内部电阻效应的微生物燃料电池法是目前研究的热点;基于基质孔隙率和堵塞物成分和性质的异位测定法还有较大提升空间;新兴的以蚯蚓为主的生物监测和根区微生物监测同样值得探索。     

基于CNKI数据库的人工湿地文献计量分析

人工湿地是污水处理过程中重要的生态技术之一。了解人工湿地的发展过程和研究热点对于今后人工湿地的研究工作具有重要意义。使用文献计量学方法,自CNKI数据库采集数据,通过Citespace软件,从刊文数量、机构、主要作者、研究热点等方面对人工湿地研究进行可视化分析。结果表明：1987-2019年我国人工湿地的研究可以分为3个阶段,分别为起步阶段1987-2000年、快速发展阶段2001-2010年、稳定发展阶段2011-2019年。国家自然科学基金委是人工湿地研究的主要基金提供者,同济大学、东南大学和中国科学院水生生物研究所是发文量最多的学术机构,吴振斌等10名学者发表文章数占总发文量的5.5%,国内各机构及学者之间均有较为紧密的联系,研究热点体现在处理河流和污水处理厂尾水、工艺组合、植物耐寒和根系研究、发掘新兴基质等。今后应关注的研究方向为人工湿地生物膜理论的研究、人工湿地堵塞和冬季高效运行技术的工程化应用、人工湿地设计和运行管理维护的标准化等。     

水分对湿地生态系统不同植被类型土壤种子库的影响

探讨退化河流湿地生态系统不同植被类型土壤种子库对水分变化的响应机制,了解植物群落的演替规律和退化驱动力,可为进一步了解生态系统的退化过程及生态恢复提供参数依据。通过水分控制试验（干旱、湿润和积水）,在妫水河流域自然湿地生态系统5种不同植被类型的表层土样上开展土壤种子库的萌发试验。结果表明,不同的植被类型对于水分变化的响应模式明显不同。根据其植被特征可分为3类（：1）对于以中旱生植物为主的林下杂类草群落,随着水分的增加其植物种类和数量明显增多。相比较干旱处理,积水处理组植物种类和数量增加的幅度分别为43.8%和249.5%,其中湿生植物明显增多;多样性指数的分析也表明积水处理组其多样性较干旱处理组更高。（2）对于湿生/水生的欧地笋杂类草、芦苇杂类草和芦苇优势种群落,其表现为湿润处理时单位面积物种数和植物密度最低,而干旱和积水处理皆高于湿润处理;多样性水平则呈现随水分增加而降低的趋势。（3）水生的香蒲优势种群落则呈现和林下杂类草群落相反的结果,随水分增加其植物种类明显下降、多样性水平显著降低,但植物数量随水分的增加而呈增加趋势、最大增幅为137.6%。在植物群落组成和相似度方面,5种植被类...     

二级生物措施削减面源污染负荷的初步试验

2012年6-11月在武汉市江夏区梁子湖周边小流域的面源污染汇流区建设二级人工湿地生物净化系统,开展面源污水净化试验。试验区总面积4 657 m2,其中一级人工湿地面积2 844 m2、二级人工湿地面积1 813 m2。6-7月为试验区试运行时期,试验区未栽种水生植物和放养水生动物;8-11月为试验区运行时期,其中8-9月为水生植物净化期,10-11月为水生植物+水生动物净化期。8月初,一级人工湿地栽种鸢尾(Iris tectorum)、香蒲(Typha orientalis Presl)、梭鱼草(Pontederia cordata)和再力花(Thalia dealbata),二级人工湿地栽种美人蕉(Canna indica L)、香蒲、鸢尾和睡莲(Nymphaea alba);9月底在二级人工湿地中投放三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)1 747个、1.4个/m3,放养鲢(Hypophthalmichthy smolitrix)280尾、鳙(Hypophthalmichthys nobilis)80尾,规格80~120 g/尾,密度28.3 g/m3。结果表明,试验区对面源污水中总氮、总磷和叶绿素的去除效果较好。试验区对总氮、总磷、氨氮、叶绿素、高锰酸盐指数的去除率,8-9月分别为24.9%、42.6%、20.0%、21.4%和8.2%,10-11月分别为33.0%、45.2%、17.9%、34.3%和11.6%。     

不同修复方式下养殖池塘底质营养物质的迁移特征

自2013年12月8日起至2014年5月5日,以养殖池塘污染沉积物为研究对象,采用室内模拟法研究了种青、暴晒、投放生石灰等方法修复淡水养殖池塘沉积物的效果。结果表明,在池塘沉积物修复期,种青组沉积物中总氮和总磷的含量、碱性磷酸酶的活性、烧失量均显著低于对照组(P0.01);生石灰组沉积物中烧失量显著低于对照组(P0.01)。覆水处理后,种青组水体中正磷酸盐、叶绿素a含量显著高于对照组(P0.01),种青组水体总磷含量低于对照组(P0.05);暴晒组水体中正磷酸盐、总磷含量低于对照组(P0.05);生石灰组水体中各项指标均无明显差异。分析结果表明,种青、暴晒、投放生石灰降低了养殖池塘底泥中营养物质的含量,其中种青组沉积物中总磷的含量降低显著,覆水后水体中总磷的含量也有明显降低,以种青组的综合修复效果最佳。