不同类型人工湿地微生物群落的研究进展

微生物是人工湿地不可缺少的成员,对湿地生态系统中物质转化、能量流动起着重要作用.本文从人工湿地微生物群落的研究方法、微生物群落结构与组成、微生物群落调节作用与环境因素的关系等方面,综述了人工湿地微生物的研究进展.各种新颖的分子生物学方法已经成为研究人工湿地的微生物多样性的有力工具,其中最常见的是变性梯度凝胶电泳(DGGE)和寡核苷酸荧光探针原位杂交(FISH);人工湿地微生物群落的调节作用主要取决于湿地的水文条件、废水的特点(包括组成成分,污染物的特点和利用性)、湿地的过滤材料或土壤类型、植物和各种环境因素;不同人工湿地类型的微生物群落组成,从多到少依次是变形菌、噬纤维菌.黄杆菌菌群、放线菌和厚壁菌.如何进一步加深对氮循环相关微生物多样性的研究,提高废水中氮的去除效率依然是未来人工湿地技术需要解决的重要问题之一.     

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。     

水生植物-微生物联合去除水体有机污染物的研究进展

近年来,随着经济的快速发展,大量有机化合物随着工业废水和生活污水排放进入水体,严重破坏了水环境的生态平衡,威胁着水生生物及人类健康。植物-微生物联合修复技术因具有修复效率高、持续时间长、投入成本低,而且不会产生二次污染等特点,在水体有机污染治理中受到了人们的广泛关注。本文综述了近年来水生植物-微生物联合去除水体有机污染物的应用现状,详细阐述了水生植物-微生物联合修复过程中的研究方法、作用机制及影响因素。以期不断完善和优化水生植物-微生物联合修复技术,为实现水环境有机物污染的统筹高效治理提供参考。     

人工湿地氮去除关键功能微生物生态学研究进展

人工湿地是一种能有效处理水体氮素污染的生态技术,其中微生物是驱动人工湿地系统中氮素去除的重要引擎。近20年来,随着分子生物学技术的广泛应用,有关人工湿地氮去除功能微生物生态学方面研究取得了一些重要进展。以硝化-反硝化作用和厌氧氨氧化作用这两种重要的人工湿地微生物脱氮途径为主,针对氨氧化细菌/古菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌等关键脱氮功能微生物的研究,重点归纳总结了目前有关这几类关键功能菌群在人工湿地中的丰度、活性、多样性、分布特征与影响因素,及其对废水中氮去除的作用,并在此基础上对今后的重点研究工作提出了展望。面向未来人工湿地氮去除关键功能微生物的研究应侧重其在污水净化和温室气体减排等方面的生态功能研究,同时加强其代谢过程与机制以及不同功能菌群间的关联研究。     

人工湿地微生物燃料电池耦合系统对典型全氟化合物的去除效果

针对污水中传统污染物和新污染物的共存特征,以典型全氟化合物(PFASs)为目标新污染物,探究人工湿地微生物燃料技术(CW-MFC)处理含PFASs污水的效果,构建了不同电路运行模式下的CW-MFC体系,研究了CW-MFC对PFASs的去除效果,并探讨PFASs添加后对传统污染物去除和生物电化学性能的影响。结果表明CW-MFC系统在开路和闭路运行下均能够有效去除废水中96%以上的PFASs。在PFASs介入后,对CWMFC系统有机物和磷的去除无显著影响,然而系统的脱氮效率和生物电转化性能均发生了一定程度的降低。在闭路运行工况下, CW-MFC系统的氨氮去除率和输出电压分别下降了7.22%和7.32%; CW-MFC开路运行时总氮去除率降低了13.98%。研究为水环境中PFASs污染的治理技术提供有益探索。     

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。     

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的研究进展

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC)是一种将人工湿地技术(CW)和微生物燃料电池技术(MFC)结合在一起的新型污水处理系统,其产电机理是产电微生物在底层湿地(阳极)的厌氧条件下生成电子,通过外电路传递到表面湿地(阴极)完成氧化还原反应。但是,近几年来,关于CW-MFC研究的文章较少且研究深度较浅。综述了电极材料、水力条件、湿地植物及微生物等条件对CW-MFC污水处理能力和产电能力的影响。在电极材料方面,选用导电性、吸附性及有效面积大的材料作为电极可有效提高CW-MFC产电与去污能力;在水利条件方面,在HRT为2-3 d的条件下,应选用升流式或升流-降流式的入水方式;湿地植物方面,种植湿地植物的CW-MFC在去污和产电能力上都要优于未种植植物的CW-MFC;微生物方面,阴极与阳极的微生物群落结构存在明显的差异,但存在的产电菌的种类却十分相似。CW-MFC中存在的常见产电微生物主要包括地杆菌属(Geobacter)、脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、假单胞菌属(Pseudomona)和脱硫弧菌属(Desulfovibrio)等。最后对CW-MFC的研究方向进行了分析,以期为CW-MFC的实际应用提供理论依据。     

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.     

植物吸收在人工湿地去除氮、磷中的贡献

探讨了植物在人工湿地系统处理污水中的作用,并分析了影响植物生长的主要环境因素,结合实例分析了湿地植物吸收氮磷在不同生长期的变化和其在去除氮磷营养物中的贡献,认为通过秋冬季的植物收割去除的氮磷量比较低,植物可以作为冬季保温材料而不收割,提出通过组合技术来改善破人工湿地氮磷去除能力的思路.     

人工湿地对抗生素复合污染的净化效果及微生物群落响应

为研究人工湿地对氟喹诺酮类(FQs)、磺胺类(SFs)、四环素类(TCs)抗生素的净化性能及微生物群落的响应,以运行多年的单层及多层(3层、6层)基质结构的水平潜流入工湿地为对象,分别采用固相萃取-高效液相色谱法和高通量测序来检测抗生素含量和微生物菌落结构,分析对比分层结构湿地系统中3类8种抗生素的去除规律、对常规污染...     

植物群落组成对人工湿地微生物群落影响

由于不同湿地植物在分泌氧气与有机物能力方面存在着较大差异,所以不同植物种类及其群落组成可能不同程度地影响湿地微生物群落参数。为了检验这种假设,本研究在垂直流微宇宙中分别确立了5个植物种类丰富度水平,并用霍格兰德营养液灌溉湿地。结果表明:在4个植物种类间,单一栽培羊蹄或水芹湿地的微生物群落对生态板中酰胺或杂合物的利用能力较大,而虉草或吉祥草湿地的利用能力则较小。其次,较大的植物种类丰富度不仅提高了湿地中微生物生物量碳和氮以及脱氢酶活性,而且也增强了微生物群落对碳水化合物和氨基酸的利用能力。另外,水芹、虉草或吉祥草在植物群落中的存在与否影响了微生物群落对碳水化合物、杂合物和酰胺的利用能力。     

人工湿地与环境卫生安全

人工湿地是国内外应用较为广泛的一种污水处理技术。近年来,人工湿地的环境卫生安全问题越来越受到人们的关注。人工湿地中病原微生物的去除或失活受到诸多因素的影响,其过程和机制与传统的二级污水处理工艺有较大区别,选择适宜的指示微生物和病原微生物并研究其行为是进行人工湿地环境卫生安全评价的关键。本文论述了病原微生物在人工湿地中的归宿以及人工湿地可能对环境卫生安全造成的影响,综述了国内外的研究现状,指出了该方面研究的必要性和迫切性。     

潜流型菖蒲人工湿地不同C/N对污染物的去除效率

选取炉渣和砾石为基质,以无植被为对照,分别设置低、中、高浓度的3个碳水平(C1、C2、C3)和3个氮水平(N1、N2、N3)处理,研究潜流型菖蒲人工湿地在不同C/N下净化生活污水中COD、总氮(TN)、总磷(TP)的效果。结果表明,在不同C/N下,菖蒲人工湿地对污水中COD、TN的去除效果显著高于无植被的人工湿地,菖蒲植被能增加人工湿地COD去除率10.53%,增加TN去除率6.73%;而对于TP的去除,有无植被无显著差异。随着进水N、P浓度及C/N的变化,菖蒲湿地对COD、TN和TP的去除率分别为67.57%～75.85%、20.91%～56.82%和7.15%～17.78%;同时,菖蒲植株对N、P的积累量也相应的变化,其地上部的N、P积累量为4.44～14.79和1.11～3.37g.m-2,平均占湿地N、P去除率的6.91%和10.67%;地下部的N、P积累量分别为2.35～5.20和0.74～1.41g.m-2,平均占湿地N、P去除率的2.69%和6.02%。植物地上器官对湿地N、P的积累量大于地下部,有利于通过收割作用去除湿地系统中的N、P。     

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统缓解生物堵塞试验研究

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)利用电极表面富集的电化学活性菌(Electrochemically Active Bacteria,EAB)对生物堵塞的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)进行降解,并通过产电过程中形成的微弱电场来抑制微生物胞外多糖大量分泌,可在一定程度上控制人工湿地(Constructed Wetland,CW)的生物堵塞。为此,研究将阴极和阳极电极分别嵌入垂直流人工湿地的不同深度位置处,构建了人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)耦合系统。通过比较开路和闭路耦合系统的孔隙率、过水速率以及净化效果,评价CW-MFC系统的堵塞延缓能力。结果表明:相较开路系统,闭路系统的过滤速率增幅较大,孔隙率的降幅较小,在一定程度上缓解了堵塞。闭路系统对TN和NH4+-N的去除率显著高于开路系统。嵌入电极形成的CWMFC系统可原位缓解堵塞,有较好的应用潜力。     

人工湿地处理农业径流的研究进展

人工湿地（CW）是独特的土壤-植物-微生物-动物系统。按水流方式分为表面流湿地（FWS）和潜流湿地（SFW）。FWS投资低,但占地大,低温地区冬季运行需要独特的考虑。SFW的保温保水效果好,卫生条件较好,但投资高,易堵塞。SFW分为水平潜流湿地（HF）和垂直潜流湿地（VF）。HF床供氧较差,适于去除SS和BOD,但NH3-N的去除较差。VF床供氧好,占地小,适于硝化和去除BOD,但对SS的去除不如HF床,而且构建费高,易堵塞。FWS按系统中的主体植物的不同分为大型自由漂浮植物湿地、大型沉水植物湿地和大型挺水植物湿地。农业径流（AR）由农田排水、灌溉余水、村落污水、畜禽养殖污水和部分雨水径流组成。其污水源具有面广、量大、分散、间歇的峰值和高无机沉淀物负荷的特点。中国大多数农村经济基础薄弱,管理水平不高。农村中的低洼地、低产田和公共用地均可作为生态环境保护用地。农村的污水收集系统欠完善。传统污水处理技术处理AR时难度大、维护管理复杂、投资和运行费高。而CW的耐冲击负荷能力强、投资低、运行费低、维护管理简便,但占地较大。因此CW适合于有地可用的农村的AR的处理。小结了1982年起CW技术在AR处理中的研究和应用。已有研究结合AR的水质、水量规律及农村的特点,进行了CW的设计与工艺改进。对氮、磷、有机物、农药和杀虫剂等污染物的去除效果有较多的研究。关于CW的运行、维护和管理的研究有沉积物积累、水量平衡、去除效果的衡量、植物收割和费用分析。CW的运行效果的衡量应当基于进出水负荷量而非基于进出水浓度。总之CW在AR污染控制中具有良好的应用前景。CW经合理设计和管理后有望实现“零费用运行”或者“盈利性运行”。     

利用人工湿地去除农业径流中农药的研究进展

人工湿地对农业径流污染物去除效果显著,已成为控制农业径流污染的有效措施.本文结合国内外研究,介绍了当前水体农药污染的现状;从物理、化学及生物角度阐述了人工湿地对农药的去除机理和关键过程;归纳总结了人工湿地对农药的去除效率,指出人工湿地对农药的去除效率随农药类型的不同而差异较大:农药的平均去除率,按农药用途分为杀虫剂＞杀菌剂＞除草剂,按农药化学结构分为拟除虫菊酯类>有机磷类>三唑类＞酰胺类＞三嗪类＞脲类;综合考虑,潜流人工湿地在农药去除方面的效果优于表面流人工湿地.在此基础上分析了农药理化性质、人工湿地工艺类型及运行参数、进水中农药浓度、湿地植物等因素对农药在人工湿地中去除的影响.最后指出了当前研究中存在的问题,并提出了研究展望.     

人工红树林湿地系统净化污水研究进展

咸淡水交接处这种特殊的生境造就了红树植物“抗污”和“降污”的功能,但能否将自然红树林湿地作为污水处理场所目前仍有争议。按照构建的人工红树林湿地的类型,分为三大类：模拟潮汐湿地系统、人工红树林污水处理系统以及红树林种植-养殖生态耦合系统。第一类系统模拟了自然海滩上的潮涨潮落的情形,第二类系统与一般人工湿地相类似,而第三类系统是指在养殖塘种植红树植物以去除有机物和营养盐。不同的类型反映了该领域研究工作的不断深入,展现了红树林湿地净化污水从理论探索向实际应用不断靠近的过程。应用人工红树林湿地净化污水具有较大的可行性,前景可观。     

人工湿地研究进展及应用

基于生态学原理的人工湿地污水处理技术已成为人们竞相研究开发的热点。介绍了人工湿地的分类,论述了污染物包括有机物、氮磷污染物、重金属的去除机理的研究进展,分析了湿地植物种类与根系量对污染物去除效果的影响,讨论了湿地结构以及工艺设计的研究情况。最后以人工湿地处理生活用水和工业用水为例综述了人工湿地目前在国内应用的状况。通过以上分析评述发现,人工湿地运行费用低,操作简单,是一种具有前景的污水处理技术,但在污染物去除机理和实践应用方面还需做更深入的研究。     

抚仙湖窑泥沟人工湿地的除磷效果研究

为了减缓和控制抚仙湖局部湖湾水体富营养化趋势,在抚仙湖北岸建设了净化面积1 hm²的人工湿地.综合利用生物氧化塘、水平潜流人工湿地和表面流人工湿地治理技术,对入湖河道窑泥沟污水中磷的去除效果进行了试验研究.结果表明,该人工湿地系统对磷具有较强的去除能力.总磷去除率在57.7%～81.10%之间,平均去除率为54.9%.单位面积磷滞留量平均为26 mg·m^-2·d^-1,其中,湿地植物同化作用磷滞留量为26.1 mg·m^-2·d^-1,约占磷滞留总量的10%,大部分磷去除是通过基质吸附和沉降作用,但主要湿地植物水芹的季节变化对相应功能区的除磷效果会产生一定影响.试验期间,各功能区单位面积磷滞留量依次为水平潜流人工湿地＞生物氧化塘＞沉淀池＞表面流人工湿地.     

人工湿地及其去污机理研究进展

综述了近年来人工湿地的历史及发展现状、人工湿地的分类及优缺点、人工湿地对各种污染物的去除机理,为人工湿地的合理有效利用提供参考资料。