人工湿地植物对观赏水中氮磷去除的贡献

研究了处理观赏用轻度富营养化水的人工湿地中植物的生长特性和氮磷去除作用。研究发现 ,所选用的 2 1种植物中 ,有17种植物在人工湿地中生长良好 ,稳定生长 10 5 d以后 ,其平均总生物量在 15 5～ 1317g/ m2之间 ,除了鸭跖草的地上地下生物量比 (A/ U)为 2 0 .5外 ,其余都在 1.18～ 4 .2 9之间。植株地上部 N和 P的浓度分别在 10 .99～ 34.74 mg/ g和 0 .5 9～ 3.81mg/ g之间 ;地下部 N和 P浓度分别在 6 .2 0～ 2 9.5 0 mg/ g及 0 .72～ 3.83mg/ g之间。大部分植物地上部 N和 P的浓度大于地下部 (p<0 .0 5 )。植物的 N、P积累量分别在 2 .10～ 2 4 .4 8g/ m2 和 0 .2 3～ 1.95 g/ m2 之间。在处理轻度富营养化水的人工湿地中 ,植物吸收对氮磷的去除起着主要作用——贡献率分别为 4 6 .8%和 5 1.0 %。植物的氮磷积累量与浓度及生物量之间均存在显著相关 ,所以可以直接以生物量为指标选择人工湿地植物。同时考虑净化和景观效果 ,可为处理城镇轻度富营养化水的人工湿地的植物选择提供参考     

不同植物构成的人工湿地对生活污水中氮的去除效应

测定由不同植物构成的人工湿地的氨态氮、硝态氮和亚硝态氮含量,对比不同植物对生活污水中氮的去除效率.结果表明,与不种植物的人工湿地相比,由风车草[Cyperus alternifolius L. ssp. flabelliformis (Rottb.) Kiikenth.]、香根草[Vertiveria zizanioides (Linn.) Nash]、芦苇(Phragmitas communis Trin.)和美人蕉(Canna indica Linn.)构成的人工湿地对氨态氮去除率分别提高6%、8%、11%和14%;对硝态氮去除率分别提高5%、6%、13%和9%;对亚硝态氮去除率分别提高5%、7%、10%和7%,说明种植芦苇和美人蕉的人工湿地对生活污水中的氮具有较好的去除效果.     

人工湿地的氮去除机理

湖泊等水环境的富营养化给人类带来诸多损害,如环境、生态和经济等方面的损害。富营养化的原因和控制途径引起了包括中国在内的很多国家的关注。我国针对水环境的富营养化问题开展了大量的工作。氮是引发水环境富营养化的主要营养物之一。外源氮负荷（分点源和非点源两部分）是水环境污染负荷的重要组成部分。传统污水处理技术应用于收集系统欠缺的非点源污染的治理时成本过高。人工湿地是有效削减水环境中外源氮负荷的重要技术手段,在处理非点源污染源带来的氮负荷时更是如此。人工湿地具有氮去除效果好、耐冲击负荷能力强、投资低和生态环境友好等优点。因此人工湿地非常适合于水环境富营养化的防治。阐明人工湿地中氮的去除机理对水环境的富营养化等具有重要的意义。防渗人工湿地的氮去除机理主要包括挥发、氨化、硝化／反硝化、植物摄取和基质吸附。未防渗的人工湿地中,周围水体与人工湿地的氮交换影响着人工湿地中氮的去除。一般情况下,人工湿地中硝化／反硝化是最主要的氮去除机理。pH值小于7．5时,氨挥发可忽略。pH值在9．3以上时,氨挥发很显著。处理生活污水的人工湿地中氮的去除主要是依靠微生物的硝化／反硝化作用。在进水负荷低、气候适宜、植物物种适宜和收割频率与时机适宜的条件下,植物收割可能成为主要的去氮途径。人工合理导向的湿地的氮去除效果通常优于天然湿地。合理的设计（填料的搭配、植物物种的配置以及布水和集水的优化）对人工湿地系统中氮去除的改善有重要影响。合理的运行,如有效的水位控制,正确的植物培育、合理的植物收割等,能有效地改善湿地中的氮去除。     

人工湿地对氮、磷的去除效率与动态特征

1999年1月~2003年12月对荣成人工湿地污水处理系统处理效果以及氮、磷去除效果的动态变化特征进行分析。结果表明,人工湿地对SS、COD、BOD均有很好的去除效果,出水浓度分别为27·8±6·7、91·0±13·7和23·8±4·6mg·L-1,去除率分别为71·8±8·4%、62·2±10·1%和70·4±9·6%。大肠菌群去除率为99·7%。对NH4+-N和TP去除效果较差,出水浓度分别为11·3±2·6和2·00±0·28mg·L-1,去除率分别为40·6±15·3%和29·6±12·8%。NH4+-N去除效果和季节变化有关,每年7~9月去除效果最佳,1~3月效果最差,去除率分别为50·7±12·4%和23·0±11·6%。TP的去除效果季节性变化不如NH4+-N明显。NH4+-N年平均去除率2001~2003年逐年增加。TP年平均去除率在2001和2002年基本相同,2003年有所降低。     

模拟人工湿地中植物多样性配置对硝态氮去除的影响

为检验植物多样性对人工湿地脱氮功能的影响,在模拟人工湿地试验系统中设置了植物单种和混种处理并定期供给氮形态仅为硝态氮的模拟污水。结果表明:混种系统的出水硝态氮浓度显著低于单种(P<0.05);混种与单种系统在基质氮含量和植物氮积累量上无统计差异;质量平衡分析表明混种促进系统反硝化强度;菩提子单种系统中的硝态氮移除能力显著高于香蒲、芦苇和菖蒲单种系统,后3种硝态氮移除能力则无显著差异。本研究可为人工湿地选择高效物种、多样性配置以提高氮去除率提供依据。     

人工湿地系统对污水磷的净化效果

建立以亚热带湿生、水生植物为主的十二套下流行一上流－上行流人工湿地系统作为处理城镇生活污水的对策。以其中四套研究其在不同的水力负荷及气候条件下对污水中磷的去除效果。人工湿地系统随处理运行时间的推移趋于稳定,对污水中的总磷、无机磷显示较好的净化效率,平均去除率在冬季达到４０％以上,夏季达到６０％以上,出水达到国家地面水Ⅲ级标准。水生植物在系统中起到明显作用,有植物系统的除磷效率及稳定性均高于无植物对照,其中２号茭白－石菖蒲系统的效果最好,总磷平均去除率为６５％。４号9蔗－苔草系统在高水力负荷下的净效果优于２号。水力负荷的增加对系统的净效果没有明显影响。     

植物磷吸收效率的生理基础

在综合了大量国内外磷营养效率研究结果的基础上,从多方面分析了磷吸收效率差异的可能生理机制,并进行了简要的评论,对今后的研究重点提出了建议。     

模拟人工湿地中植物多样性对铵态氮去除的影响

为了研究植物多样性对人工湿地生态系统的氮去除功能和硝化作用的影响,在模拟人工湿地中配置了单种和4种植物混种2个处理,并以铵态氮为唯一入水氮源负荷。结果表明:混种系统出水中的无机氮浓度显著低于单种系统(分别为3.41和7.20mg·L-1,P<0.05),铵态氮浓度也显著低于单种系统(分别为1.35和4.11mg·L-1,P<0.05);而出水硝铵浓度比(NO3-∶NH4+=1.55)则高于(P<0.05)单种系统(0.80),说明多样性增强了系统的硝化作用;混种系统基质的无机氮存留量(1455mg·m-2)低于(P<0.05)单种(2235mg·m-2),说明混种系统中可能存在资源的互补利用;根据物质平衡法推算出混种系统中植物总的氮吸收量对无机氮去除的贡献率(48%)大于(P<0.05)单种(31%),植物的可移除部分(地上)对无机氮移除的贡献率也呈现此规律(混种和单种分别为33%和20%,P<0.05);基质氮存留在2种系统中的贡献率则与植物吸收规律相反(混种和单种分别为5%和9%,P<0.05);混种系统中的反硝化作用、氨挥发和微生物的氮固持等对氮去除的贡献率低于单种系统。     

人工湿地除磷研究进展

从人工湿地除磷机理着手,综述了国内外有关湿地基质、湿地植物及微生物强化除磷的研究机理以及进展。深入研究多种基质组合对磷素的吸附与解析机理,可以从理论上推进诸多高效除磷基质的实际应用进程;植物间接净化作用及其与湿地水力停留时间的关系,是影响湿地植物选种和种植的重要依据;植物根际微环境以及植物与微生物的耦合作用可能是人工湿地除磷的主要途径之一;强调湿地的污水净化功能而忽视其生态服务功能,是湿地运行中普遍存在的认识错误。最后指出：湿地运行应采取高水力负荷、低污染负荷的方式,强调强化一级处理的重要性。     

人工污水中的磷在模拟秋茄湿地系统中的分配与循环

在温室中建立模拟秋茄湿地系统,含底泥、潮汐海水和１年生秋茄苗。对照组用１５‰的人工海水,污水处理组分别用正常、５倍和１０倍浓度的人工污水每时、定量对模拟系统污２次,持续１ａ,用以研究Ｐ在系统中的分配和循环。结果表明：加入系统的污 Ｐ主要存留在土壤中,留存于植物体物凋落叶中的很少;植物吸收土壤或污水中的Ｐ在污水处理组中,以叶中含量最大,对对照组以根含量最高有明显的区别;对照组及３个污水处理组Ｐ元素的     

人工湿地反应性填料开发及其脱氮除磷性能研究

【目的】人工湿地填料作为反硝化电子供体可以高效且稳定地脱氮除磷,但是填料的选用方式和作用机理尚不明确。【方法】本文以磁黄铁矿、菱铁矿和农业废弃物(木屑等)为人工湿地填料,研究了其对人工湿地反硝化脱氮除磷的效果。【结果】结果显示,质量比1:1的矿石组合和木屑以3:1的质量比作为混合填料,驯化8个周期后NO₃^--N和PO₄^3--P的平均去除率达到88.6%和88.9%。扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)和群落分析结果表明,微生物能有效利用矿石及其次生产物和木屑进行高效和持久的脱氮除磷,脱氮除磷功能菌硫杆菌(Thiobacillus)、罗姆布茨菌(Romboutsia)和溶杆菌(Lysobacter)得到了富集。【结论】本研究为人工湿地实际应用中新型填料的选择提供理论依据与指导意义。     

湿地植物供碳功能与优化

尾水湿地氮的反硝化去除往往受限于碳缺乏。综述了湿地植物供碳促反硝化的主要途径与影响因素,构建了华东地区典型冷、暖季型湿地植物供碳的一般性季节动态模式,以期为发挥湿地植物稳定高效供碳功能、缓解尾水湿地碳缺乏问题提供解决思路。湿地植物的主要供碳途径包括根系分泌、地下有机质分解和地上有机质分解(淋溶)等,湿地植物的供碳动态是物种和环境因子综合影响的结果,存在极大的时空异质性。湿地植物具有很强的供碳促反硝化潜力,地上最大生物量为5 kg/m~2的芦苇全年脱氮潜力可高达0.57 kg N/m~2。在构建的湿地植物生物质积累量和供碳量的一般性模式中,冷、暖季型湿地植物无论是生物质积累量(总生物量)和还是供碳量(分解部分+根系分泌物)均存在显著的季节性差异,以及季节间的互补特征。因此,冷、暖季型湿地植物间进行合理的配置,是发挥湿地植物供碳功能且避免生物质分解引起二次污染的可行性措施。今后在湿地植物供碳定量化研究方法、多种供碳途径的定量化监测、供碳功能调控策略,以及稳定高效供碳促反硝化人工湿地构建等方向需做进一步研究。     

Nitrogen removal from secondary effluent by using integrated constructed wetland system

The treatment capacity of an integrated constructed wetland system (CWS) that was designed to reduce nitrogen (N) from secondary effluent was explored. The integrated CWS consisted of vertical-flow constructed wetland, floating bed and sand filter. The vertical-flow wetland was filled with gravel, steel slag and peat from the bottom to the top. Vetiver zizanioides was selected to grow in the vertical-flow constructed wetland and Coix lacrymajobi L. was grown in the floating bed. The results showed that the integrated CWS displayed superior removal efficiency for nitrate nitrogen (NO₃⁻-N), ammonia nitrogen (NH₄⁺-N), nitrite nitrogen (NO₂⁻-N), and total nitrogen (TN). The average NO₃⁻-N, NO₂⁻-N, NH₄⁺-N and TN removal efficiencies of the integrated CWS were 98.83%, 95.60%, 98.05% and 92.41%, respectively, during the whole experimental operation. The integrated CWS may have a good potential for removing N from secondary effluent.     

The correlations between system treatment efficiencies and aboveground emergent macrophyte nutrient removal for the Hsin-Hai Bridge phase II constructed wetland

This study investigated the correlations between the system treatment efficiencies and total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) accumulations of aboveground tissues of the wetland macrophytes of Hsin-Hai Bridge phase II constructed wetland. Among 19 emergent macrophytes studied, the optimal TN contents, 3.82% and 3.52% (w/w) were found for water spinach (Ipomoea aquatica) and Ludwigia x taiwanensis; while the optimal TP contents were found for the above two macrophytes at 0.64% and 0.83% (w/w). The accumulations of total plant TN and TP uptakes increased from 213 to 403 kg and 41 to 75 kg from March 2007 to the peak at September 2007, respectively. The TN ratios between plant tissue accumulations and the removals from the influents were 1.57%, 2.76%, 1.51% and 3.2% from March 2007 to March 2008. In the same period, the TP ratios between plant tissue accumulations and the removals from influents were 1.71%, 8.0%, 0.58% and 10.1%. The roles of the uptakes by aboveground portions of emergent macrophytes in system nutrient removals from the influents were more significant during growth seasons.     

季节性温度变化对CANON型潮汐流人工湿地脱氮的影响

探究了温度的季节性变化对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)脱氮性能及其微生物特性的影响。CANON型TFCW中的脱氮微生物群落在温度的季节性变化下会发生不同程度的改变,其脱氮途径及性能随之会出现周期性的波动。填料层温度在20.0 ℃以上时对TFCW脱氮性能及其中的优势脱氮菌群无显著影响,CANON作用是系统脱氮的主要途径。当填料层温度低于20.0 ℃时,厌氧氨氧化菌丰度与活性显著降低,在9.3~20.0 ℃时,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的增殖及其活性的提高使TFCW中脱氮的主要途径由CANON作用演替为硝化/反硝化作用,系统对总氮(TN)的去除率仅为(34.8±13.0)%;在2.2~9.0 ℃时,TFCW中的厌氧氨氧化菌在受到抑制的同时仍保持着对NOB和反硝化菌群的相对竞争优势,系统脱氮重新依赖于CANON作用,其对TN的去除率为(54.8±4.8)%。该研究可为CANON型TFCW工艺的优化及工程化应用提供参考。     

一种新型的人工湿地生态工程设计--以山东省南四湖为例

本文采用了一种新的人工湿地设计理念 ,将两种类型的人工湿地有机地 ,动态地结合起来 ,设计出一套具有生态恢复和生态净化功能的工程体系。依据对湖区现状调查结果 ,按照生态学和生态经济学的基本原理 ,以保证湿地生态系统结构与功能的完整性为主要目标 ,在对湖区进行重点规划的基础上 ,提出了重点地段生态工程建设的设计方案 ,并对方案的预期目标进行了讨论     

进水碳氮比对CANON型人工湿地脱氮性能的影响

通过逐步提高进水中的有机碳源浓度,探讨进水碳氮比(C/N)对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)脱氮效能及其微生物特性的影响.结果表明: 进水C/N可显著影响CANON型TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.当进水C/N由0.0增至6.0时,TFCW中反硝化功能基因的丰度随之增加,系统反硝化性能提高,TFCW中逐渐形成同步亚硝化、厌氧氨氧化与反硝化(SNAD)耦合反应体系,其脱氮效果得以强化.当进水C/N＞6.0时,好氧氨氧化菌活性受到抑制,数量逐渐减少,TFCW中的厌氧氨氧化作用与反硝化作用受阻,系统脱氮性能恶化.当进水C/N为6.0时,TFCW中的SNAD作用可得到最大限度的强化,其总氮(TN)去除率和去除负荷分别达(93.3±2.3)%和(149.30±8.00) mg·L^-1·d^-1,高于CANON系统中TN去除率的理论值.