基于主成分分析的水平潜流湿地磷去除模型

通过对水平潜流湿地（HSSF―CW）3a运行效果进行研究,分析了HSSF―CW不同处理单元单位面积总磷（TP）去除率对水温的响应变化曲线,利用正弦函数对各处理单元不同时间单位面积TP去除率变化过程进行了拟合,并通过主成分分析（PCA）和冗余分析（RDA）筛选影响磷去除的主要环境因子,进而利用人工神经网络（ANN）对各处理单元出水总磷浓度（TPo）进行了模拟。结果表明：水温较低时（<20℃）,单位面积TP去除率对水温变化不敏感,随温度升高（>20℃）,单位面积TP去除率升高并出现较大波动,最高达3.27 g/(m2?d);单位面积TP去除率与水温之间存在一定的多项式函数关系（R2=0.1082, p=0）,不同处理单元拟合关系存在一定差异（R2=0.318～0.350）;不同月份单位面积TP去除率符合正弦变化规律（R2=0.231,p=0）,夏季去除率高于秋季,平均单位面积去除率为（0.331±0.132）g/(m2?d),8月份出现最大值（0.397±0.125 g/(m2?d)）;通过PCA和RDA对不同环境因子与单位面积TP去除率之间的关系进行分析,发现单位面积TP去除率与进水TP质量浓度、水温、流量、溶解氧和蒸散发之间呈一定的正相关性,而与水深之间无显著相关关系;选取影响磷去除效果的主要环境因子进水TP质量浓度、水温、流量、溶解氧、pH值和蒸散发作为输入参数,构建ANN预测模型,通过反向学习算法和交叉验证对模型构型进行了构建和筛选,结果表明输入层、隐含层和输出层中神经元最佳构型分别为6-3-1;利用层次分析法将数据集分为训练集和验证集两部分,通过对比不同处理单元TPo实测值和模拟值,表明模型能够基本反映TPo的变化趋势和范围（R2=0.677～0.800）。该研究可为管理和改善水平潜流湿地运行效果提供参考。     

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。     

复合人工湿地运行2 a净化水禽污水效果

通过构建表流与潜流湿地相结合的复合人工湿地来处理水禽污染的富营养化水体,研究了运行2年的复合人工湿地对化学需氧量(CODcr)、总悬浮物(TSS)、全氮(TN)和全磷(TP)的去除作用.研究表明,复合人工湿地对CODcr、TSS、TN和TP的2年平均去除率分别为42.64％、72.64％、31.69％和52.67％:对污染物CODcr、TSS、TN、TP 的去除效果随复合人工湿地运行时间变化而有所差异.在表流湿地中,夏季对CODcr的平均去除率要优于秋季,秋季潜流湿地和复合人工湿地对CODcr的平均去除率优于夏季.在对TSS的平均去除率,表流湿地、潜流湿地和复合人工湿地都表现为秋季优于夏季.表流湿地对TN的平均去除率表现为夏季显著优于秋季.在对TP的平均去除率中,表流湿地和复合人工湿地都表现为秋季优于夏季,而潜流湿地对TP的去除效果表现为秋季低于夏季.通过对进出水中的TP、TN、TSS和CODcr进行回归分析发现,除复合人工湿地和表流湿地区TSS的进水质量浓度与出水质量浓度无明显相关性外,其他复合人工湿地不同构建类型进出水的CODcr、TN、TP质量浓度均存在显著线性相关关系.该研究可为我国北方地区应用复合人工湿地处理富营养化水体提供理论依据.     

不同类型人工湿地对洞庭湖水质净化效果研究

同等条件下开展了3种不同类型人工湿地（垂直流、潜流和表面流人工之地）对洞庭湖水质净化效果的研究。结果表明:（1）洞庭湖水体中NH₄⁺-N,TN,TP,高锰酸钾指数,BOD₅和COD_Cr的进水浓度与3种不同类型人工湿地出水浓度季节变化规律保持一致,冬季明显高于夏季,洞庭湖进水中NH₄⁺-N,TN,TP,高锰酸钾指数,BOD₅和COD_Cr浓度均高于3种不同类型人工湿地出水浓度,相同时期,3种不同类型人工湿地出水水质NH₄⁺-N,TN,TP,高锰酸钾指数、BOD₅和COD_Cr浓度基本表现为表面流 > 潜流 > 垂直流;（2）3种类型人工湿地对TN,TP,高锰酸钾指数、BOD₅和COD_Cr的去除率依次表现为垂直流 > 潜流 > 表面流,而对NH₄⁺-N的去除率依次表现为垂直流 > 表面流 > 潜流,其中以BOD₅的去除效果最好（去除率最高）,但3种类型人工湿地对BOD₅的去除率差异均不显著（p > 0.05）;（3）3种类型人工湿地植物地上和地下生物量均表现为垂直流 > 潜流 > 表面流,差异均显著（p < 0.05）,垂直流人工湿地植被N含量、P含量、N积累量和P积累量均显著高于潜流和表面流（p < 0.05）;（4）3种不同类型人工湿地植物的N,P积累量分别与生物量、N含量、P含量均呈显著的线性关系（p < 0.01）,人工湿地植物生物量对N,P积累量的影响大于植物体内N,P含量的影响,可以通过生物量来评价人工湿地植物对N,P去除效果。     

多级表面流人工湿地在鄱阳湖区农村面源污染控制中的应用

通过构建多级表面流人工湿地探讨了鄱阳湖区农村面源污染的控制机制,并对湿地系统污水处理工艺进行了研究。研究表明,系统污染物COD,TP,NO3-—N和NO2-—N负荷年消减量为608.46,3.22,8.14和0.62kg/a,单位面积年消减量分别为3976.83,21.04,53.21和4.05kg/(hm2.a)。系统对污染物COD,TP,NO3-—N和NO2-—N的去除率分别为48.9%,73.5%,58.7%和54.7%,且污染物COD和TP去除主要集中在第一级芦苇湿地。表面流人工湿地因具有较强的复氧功能,但限制NO3-—N反硝化作用。为提高NO3-—N的去除率,对湿地系统硝化与反硝化机理进行了探讨,并提出引流部分污水直接进入第3级湿地与改第3级湿地为潜流型湿地相结合的有效措施。该系统不仅对鄱阳湖区农村面源污染控制提供了技术依据而且为其它湖滨提供了示范。     

蚯蚓引入垂直流-水平潜流湿地混流系统处理沼液的效果

为了避免或减少人工湿地处理厌氧发酵液发生堵塞,并提高系统处理效果,该试验将蚯蚓引入到垂直流湿地系统中,并与水平潜流湿地构成混流系统,用来处理厌氧发酵液。结果表明:采用蚯蚓垂直流湿地-水平潜流湿地混流系统处理厌氧发酵液,在进水平均有机负荷达1.82 kg/(m~2·d),水力负荷10、20 cm/d的条件下,对化学需氧量、总磷、总悬浮固体的去除率达到了90%以上,氨氮去除率达80%以上,总氮去除率也维持在60%以上。提高水力负荷对污染物的消减量更有优势,水平潜流湿地对总氮的消减优于蚯蚓生态湿地。2种水力负荷下,混流湿地出水化学需氧量、氨氮、总磷、总悬浮固体均能达到《畜禽养殖业污染物排放标准》要求。蚯蚓使混流系统对化学需氧量、氨氮、总凯氏氮的去除分别提高了2%、12%、4%,同时具有同步处理污水污泥,缓解湿地堵塞的效果,处理水质基本达标,处理污泥的成本也大大降低,因此具有很大应用潜力。     

多级串联潜流人工湿地净化城市地面径流的试验研究

在室外露天试验场按不同水流方式设计和建造2组多级串联潜流人工湿地,通过中型试验测试其在不同运行方式下对西安市地面径流中COD、NH4+-N、TN、TP的净化效果。结果表明:2组人工湿地系统出水水质均达到GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类标准;在湿地净化过程中,填料起主要作用,可吸附40%～50%的污染物,植物和微生物的协同作用可将净化效果提高20%～30%;2种人工湿地系统HRT为36～48h,运行间隔时间为7～15d的运行效果最佳;改变水流方式的复合流人工湿地系统净化效果优于水平潜流人工湿地系统,净化效果高出5%左右。研究设计的2种人工湿地均可用于城市地面径流污染的控制和雨水利用。     

波式潜流人工湿地对氮的去除效果研究

在不同的水力停留时间(HRT)、温度、碳氮比(COD/N)条件下,研究了波式潜流人工湿地(W-SFCW)试验装置对水体总氮和氨氮的去除效果。通过检测W-SFCW沿程各形态氮的含量,探讨了其对氮的去除原理。结果表明,HRT、温度、COD/N分别为5d,26.8℃,5条件下总氮去除率较高,可达74.92%此外,研究发现氨氮主要在浅水区通过硝化作用转化为NO3-N,所得的NO3-N通过深水区的反硝化作用转化为N2而得以去除。     

模拟盐度变化对人工湿地脱氮除磷效果的影响

为探究人工湿地处理含盐生活废水的可行性,本研究构建了小尺度的人工湿地模拟系统,比较了不同盐度(0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)下人工湿地芦苇的生长情况以及几种典型污染物的去除效果。结果表明:①盐度对人工湿地中芦苇生长的影响表现出"低盐促进"、"高盐抑制"的特点,在0.5%进水盐度下,芦苇有最高株高1.22 m和最大基径0.48cm;②人工湿地对COD的去除率总体表现为随盐度的升高先升高后降低,在盐度为0.5%时,COD去除率达到最高84.86%;③当进水盐度为0.5%时,人工湿地对氮磷的去除几乎没有受到盐度的抑制;当进水盐度高于1.0%,随着盐度的升高,TN(总氮)、NH_4~+-N、NO_3~–-N、TP(总磷)的去除率均显著降低(P0.05),在2.0%盐度下分别下降到了44.40%、58.89%、49.23%、49.49%,相较0.0%盐度时分别降低了38.5%、23.4%、23.8%、19.2%。④不同污染物受盐分抑制程度不同,氮比磷更容易受到盐分的抑制,NH_4~+-N比NO_3~–-N更容易受到盐分的抑制。     

杭州湾滨海湿地CH4排放通量的研究

2013年4—9月,利用静态明箱–气相色谱法对杭州湾裸滩湿地、海三棱藨草湿地、芦苇湿地和互花米草湿地CH4排放通量进行了原位观测,并利用室内厌氧培养法测定了0~30 cm深度的土壤CH4产生潜力。结果表明:整体而言,裸滩湿地表现为CH4的吸收源,CH4排放通量春季高、夏季低;海三棱藨草湿地、芦苇湿地和互花米草湿地表现为CH4的排放源,CH4排放通量均呈现夏季高、春秋季低的季节变化。平均CH4排放通量表现为:互花米草湿地(1.589 mg/(m2·h))芦苇湿地(0.722 mg/(m2·h))海三棱藨草湿地(0.218 mg/(m2·h))裸滩湿地(–0.068 mg/(m2·h)),互花米草湿地各月CH4排放通量均显著高于其他湿地。0~30 cm深度平均土壤CH4产生潜力表现为:互花米草湿地(0.050μg/(g·d)芦苇湿地(0.042μg/(g·d))裸滩湿地(0.030μg/(g·d)海三棱藨草湿地(0.027μg/(g·d)),互花米草湿地各土层CH4产生潜力显著高于其他湿地(除0~5 cm外)。裸滩湿地土壤CH4产生潜力没有明显的空间垂直变化趋势,CH4产生潜力最大值、最小值分别出现在10~20 cm和5~10 cm土层。其他3类湿地0~5 cm土层的CH4产生潜力最大,土壤CH4产生潜力整体上随着土壤深度的增加而减小;海三棱藨草湿地和芦苇湿地5~10 cm土层的CH4产生潜力最小,互花米草湿地20~30 cm土层的CH4产生潜力最小。土壤p H、有机碳和全氮含量对CH4排放通量有显著的影响。     

利用有机覆盖物处理的人工湿地外排焦化废水研究

[目的]为进一步降低污染物浓度,提高钢铁企业水资源循环利用率。[方法]采用水平潜流人工湿地处理外排焦化废水,通过监测分析进出水中浊度、化学需氧量(COD),总氮(TN)和总磷(TP)含量,探讨冬季人工湿地植物层不添加及添加有机覆盖物对钢铁企业外排焦化废水净化水平的影响。[结果]在低温季节,水力停留时间为5d时,不添加有机覆盖物人工湿地对外排焦化废水浊度,COD,TN和TP的平均去除率分别为68.55%,14.94%,14.20%和71.26%;添加有机覆盖物人工湿地对外排焦化废水浊度、COD,TN和TP的平均去除率分别为72.54%,21.62%,20.50%和71.88%;有机覆盖膜的保温作用使得COD去除率升幅达44.68%,TN去除率升幅达44.45%。[结论]在植物层添加有机覆盖物作为保温材料,可以提高人工湿地在低温条件下的净化效率。     

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。     

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。     

排水沟塘分布特性及与农田水力联系对水质净化能力的影响

湿地是一种能够有效治理农业非点源污染的生态设施;在一些无法建设人工湿地的地区,现存的排水沟塘系统具有类似湿地的水质净化效果。为研究排水沟塘的分布以及其与农田水力联系对其水质净化能力的影响,该文以扬州市江都区昭关灌区为例,首先通过实地调查,明确研究区不同形式沟塘的分布规律,确定沟塘与农田逐级详细水力联系,然后建立理论分析模型,分别计算考虑与不考虑水力联系2种情况下,沟塘的污染物去除能力。结果表明,考虑水力联系后,污染物去除能力为不考虑水力联系的70%~84%;水质净化作用主要集中在一些面积较大的支沟和池塘。从农田排水的角度考虑,尺寸较大沟塘会出现一定的水力冗余,但是从水质改善的角度看,则有必要保留。研究区可通过较为简单的工程措施来优化水力联系,提高其污染物的去除能力。     

三种类型农田排水沟渠氮磷拦截效果比较

为了了解太湖地区不同类犁农田排水沟渠对N、P拦截效果的影响,分别在野外构建了3种类型的农田排水沟渠,即生态沟渠、混凝土沟渠和土质沟渠.研究了不同进水N、P浓度、不同水力停留时间和不同进水流速条件下,3种类型沟渠的N、P拦截效果.结果表明:在水力停留时间分别为24 h和48 h静态试验以及在固定进水流速的动态试验中,沟渠对不同进水N、P浓度的N、P去除牢大小顺序是:生态沟渠、土质沟渠和混凝土沟渠,其中,生态沟渠明显优于其他沟渠.在固定进水浓度的条件下,沟渠在不同水力停留时间下的N、P去除率大小顺序为;生态沟渠、土质沟渠和混凝土沟渠,其中,生态沟渠明显好于其他沟渠.在高、低两种进水流速和固定进水浓度条件下.生态沟渠在低进水流速下的N、P去除率明显优于其他沟渠.在不同进水浓度条件下,生态沟渠最佳水力停留时间为48 h.     

曝气对垂直流湿地处理水产养殖废水脱氮的影响

人工湿地作为一种有效的污水处理技术,现已被逐渐拓展到水产养殖业中。鉴于其与养殖竞争有限土地资源的弊端,如何构建节地高效型湿地成为未来研究的重点。曝气增氧是强化潜流湿地净化效能的重要措施之一,但是关于曝气强度以及净化效率与影响因素的关系仍缺乏深入系统的研究。为此,该文设计构建了7组不同要素组合的垂直流湿地小试系统,同步或分阶段探讨了曝气强化对垂直流湿地脱氮的影响。研究结果表明,无论曝气与否,构建的7组湿地系统于试验运行工况下都存在明显的硝化过程,且空气复氧和植物根系泌氧足以弥补硝化作用耗氧量。曝气增氧进一步强化了湿地内部的矿化和硝化过程;鉴于养殖废水不缺乏碳源(该研究各组湿地进水碳氮比在28.4~30.6之间),湿地内部的反硝化几率增大,导致曝气后总氮的去除效率提高。但是曝气条件下过高的溶解氧又会进一步抑制反硝化过程,从而也会导致系统总氮去除速率的下降。因此,对垂直流湿地而言,曝气强度不是愈高愈好。为了获得更高的脱氮效率,建议可以通过延长水力停留时间或者在垂直流湿地尾部增设水平潜流湿地来补充反硝化过程,进而提高系统对总氮的去除效果。     

膜生物反应器-复合垂直流人工湿地（SMBR—IVCW）系统处理混合废水的应用研究

本文采用一体式膜生物反应器（SMBR）-复合垂直流人工湿地（IVCW）组合工艺（SMBR—IVCW）系统,研究了该系统对复合废水的净化效果。结果表明,当系统进水为CODCr397-890mg·L-1、氨氮9．40-27．mg·L-1、TP4．30-10．7mg·L-1、TN45．9-75．8mg·L-1的条件下,在SMBR和IVCW的水力负荷分别为1000L·d-1和375mm·d-1的最优工况下运行,系统CODCrNH3-N、TN和TP的去除率分别为97．5％、99．0％、59．6％和65．2％;系统进出水中氮的形态组成发生了显著变化;SMBR—IVCW系统在高浓度综合污水处理方面具有良好的潜力。