人工湿地及其在工业废水处理中的应用

论述了人工湿地污水处理技术的机理和优点,人工湿地利用基质、植物和微生物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用,通过过滤,吸附、共沉淀、离子交换,植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化,同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环,促进绿色植物生长并使其增产,实现废水的资源化与无害化;人工湿地污水处理系统具有出水水质稳定,对营养物质去除能力强,基建和运行费用低,技术含量低,维护管理方便,耐冲击负荷强,适于处理间歇排放的污水和具有美学价值等优点,该技术不仅能够在发展中国家和发达国家的城市生活污水处理中广泛应用,其在工业废水处理中的应用也正在不断受到重视,根据人工湿地在工业废水处理中的研究和应用现状,指出了人工湿地处理特殊工业废水的前景及今后的研究方向。     

人工湿地污水处理系统中的植物效应与基质酶活性

为了解植物在湿地污水净化系统中的作用与机理,构建了A-B-C三级串连垂直流人工湿地系统,并选择水葱(Scirpus validus)风车草(Cyperus alternifolius)、美人蕉(Canna indica)、和芦苇(Phragmites australis)作为测试植物,进行了生活污水处理试验.结果表明,系统中有植物单元单位面积污染物的去除量均高于无植物对照单元.与对照相比,在A、B、C三级系统中由植物效应产生的CODCr去除增量分别为43.52 g/(m2·d),20.38 g/(m2·d),30.94 g/(m2·d);TN去除增量为13.14 g/(m2·d),28.61 g/(m2·d),6.97 g/(m2·d);TP去除增量为1.2 g/(m2·d),0.66 g/(m2·d),0.06 g/(m2·d).从A到C级,污水中污质浓度递减,呈现根系活力显著增强,而植物生长量、过氧化物酶含量、生长量与氮磷积累量等显著下降趋势.基质酶活性在对照单元中较低,在有植物单元中,基质酶活性明显增大并与根系活力成正相关.     

人工湿地及其在我国小城市污水处理中的应用

小城市污水处理是我国面临的急待解决的环境问题,通过分析我国小城市污水的水质特点和处理技术要求,得出人工湿地处理技术具有投资低、出水水质好、耗能低、抗冲击力强、操作简单和运行费用低等优点,在解决我国小城市污水处理方面具有广阔的应用前景,应加强该方面的研究。     

人工碳纳米材料在环境中的降解与转化研究进展

随着人工碳纳米材料的大量生产和使用,其潜在的生态风险已引起学术界的广泛关注.碳纳米材料在环境中的转化和降解直接影响它们在环境中的归趋及生态毒性,对该过程的研究是确定其环境可容纳量及进行生命周期评价的重要环节.本文概述了主要人工碳纳米材料(碳纳米管、富勒烯)在环境中的化学转化、微生物降解及光降解过程,总结了影响人工碳纳米材料降解的环境与结构因素及降解的机理,指出了现有研究的不足和未来研究的方向.     

人工湿地在生态城市建设中的作用

生态城市的建设依赖于科学利用有限资源。随着我国城市化进程加快,水体污染日益严重,加剧了水资源的短缺。人工湿地是利用生物自净功能,低投入、低运行费、低能耗的环保型的污水处理技术。不仅可进行水资源的循环利用,而且美化环境、保护生物多样性。本文分析提出,人工湿地是生态城市建设中水资源利用的最有效模式,应大力发挥人工湿地在我国生态城市建设中的作用。     

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     

不同类型底栖动物对表面流人工湿地系统水质净化的影响

研究以表面流人工湿地为研究对象,探讨不同类型底栖动物在夏季和冬季对人工湿地系统氮磷去除效果的影响,并通过人工湿地系统运行前后不同介质氮磷含量变化及不同介质微生物丰度变化进行水质净化机理分析。结果表明,夏季添加河蚌和添加田螺均能增强人工湿地系统NO3-N和TN去除效果,其中添加河蚌使得系统NO3-N和TN平均去除率较对照组分别提升37.19%和24.32%,添加田螺使得系统NO3-N和TN平均去除率较对照组分别提升22.98%和12.46%。冬季添加摇蚊幼虫使得表面流人工湿地NO3-N、TN和TP平均去除率分别在37.8%、54.0%和94.8%,与对照组相比分别增加了29.51%、15.16%和37.62%,添加河蚌和田螺受底栖动物半冬眠活动和代谢降低影响没有显著水质提升效果。这表明通过添加底栖动物可以增强表面流人工湿地运行效果,选取适合的底栖动物种类组合可能在全年提升人工湿地水质净化效果。机理研究结果表明,底栖动物通过增强底泥和基质中微生物硝化反硝化作用、植物氮吸收和基质氮吸附等促进人工湿地氮去除,通过增强下层基质磷吸附沉淀和植物磷吸收提升水质磷去除。研究结果将为底栖动物在人工湿地的...     

人工湿地中指示与病原微生物动态分布及相关性分析

选择总大肠菌群(total coliforms)、粪大肠菌群(fecal coliforms)、粪链球菌(fecal streptococci)、大肠杆菌(Escherichia coli)、产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens)和沙门氏菌(Salmonella spp.)6种指示和病原微生物,采用多管发酵法和倾注平板法研究其在自由表面流人工湿地中的去除效果、相关性及动态分布特征.结果表明:人工湿地进水中沙门氏菌数量最多,其次为总大肠菌群、粪大肠菌群、产气荚膜梭菌和大肠杆菌,粪链球菌数量最低;人工湿地对不同指示和病原微生物去除效果存在差异,对总大肠菌群、粪大肠菌群和大肠杆菌去除效果最好,年平均去除率分别为94.1％、93.4％和84.0％;对沙门氏菌和产气荚膜梭菌去除效果较差,年平均去除率分别为55.8％和63.6％,并且存在较大波动;出水中粪链球菌数量高于进水;人工湿地对指示和病原微生物的去除效果在不同季节间无显著差异,但迸水中总大肠菌群数量、进出水中沙门氏菌数量及进水中产气英膜梭菌数量在不同季节间存在差异.相关性分析表明,总大肠菌群、粪大肠菌群以及大肠杆菌之间存在较强相关性,沙门氏菌和粪大肠菌群以及产气荚膜梭菌和总大肠菌群、粪大肠菌群间存在弱相关性.     

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.     

人工湿地系统在湖泊生态修复中的作用

湖泊在维系区域水安全、生态安全和环境安全中具有重要价值。然而,受到人类非理性水土资源开发活动和全球变化的影响,部分湖泊遭到污染、无序垦殖及生态和环境需水被挤占而发生退化,其生态服务功能和经济社会价值也显著降低,对湖泊进行生态修复已成为政府部门、学术界和社会公众共同关心的资源与环境问题之一。在湖泊生态修复中,人工湿地系统可有效降低湖泊污染负荷,对湖泊生态系统的非生物环境进行有效调控;此外,人工湿地系统可对湖泊生物物种进行定向培育、增殖和保护。人工湿地系统消减湖泊污染负荷主要包括对外源性污染负荷的生态拦截和对内源性污染负荷的生态萃取。根据外源性污染负荷的入湖方式,生态拦截又包括针对无组织排放污染负荷(主要包括农田区坡面径流和城市地表径流)的带状拦截和针对有组织排放污染负荷的前置库拦截及线状拦截。在利用人工湿地系统进行湖泊生态修复过程中,需要结合湖泊生态系统的基本特征、生态退化的动力学机制和生态修复目标,按照节水、节地原则,适时、适地、适效地建设人工湿地系统及组合系统,充分发挥人工湿地系统对湖泊的综合生态修复功能。需要特别指出的是,在利用人工湿地系统进行湖泊生态修复过程中,要在多方论证和生态风险调控的基础上进行,避免外源性物种入侵对湖泊生态系统的破坏。     

CONSTRUCTED WETLAND CONTROL OF BOD LEVELS IN AIRPORT RUNOFF

A surface water treatment system consisting of an aeration reservoir and pond (holding capacities 45,000 and 19,000 m³) and a network of 12 horizontal subsurface flow gravel-filled constructed wetland cells of different sizes (total surface area 2.08 ha) and planted with Phragmites australis, was commissioned at Heathrow Airport, London, United Kingdom, in the winter of 2002. Ongoing monitoring of the treatment system has shown significant reductions in the biochemical oxygen demand (BOD₅) throughout the system with levels decreasing by up to 76.7% across the constructed wetland cells following high anti- and de-icing fluid applications. However, continued exposure to BOD₅ concentrations exceeding the design target has resulted in anaerobic conditions in the wetland. The addition of nutrients to the treatment system has resulted in improved removal efficiency for elevated BOD₅ loadings in the aerated reservoir from 25.5% to 47.5%, The addition of different nutrient dosing regimes to complementary pilot-scale planted and unplanted vertical flow columns showed average but statistically insignificant BOD₅ removal percentage increases from 61.9 ± 21.1% to 70.8 ± 26.5%, respectively, in planted columns over a 7-day period. There is an overall improvement in the performance of the system, but operational reviews are continuing.     

基于水位调控的垂直流人工湿地强化脱氮研究

文章以垂直流人工湿地为研究对象, 探究了水位调控对湿地系统脱氮性能的影响效果及影响机制。结果表明, 水位调控可以优化湿地内部的不饱和层、饱和层分布, 提高系统对化学需氧量和氨氮的去除效果, 进而提高脱氮能力。当饱和水位高度为70 cm时(基质床高度为90 cm), 系统的总氮去除率最高, 为53.6%。氮循环功能基因的结果表明, 饱和水位降低后所创造的不饱和层并未对反硝化菌群造成负面影响, 不饱和层中富集的亚硝酸盐氧化菌, 可以实现同步硝化反硝化。但过低的饱和水位(20 cm)会引起不必要的碳源损失, 导致反硝化过程受限, 脱氮效率降低。由此, 在垂直流人工湿地实际应用时, 可以通过水位调控强化湿地系统的脱氮性能。     

不同生物促生剂添加量对垂直流人工湿地水质净化效果的影响

以垂直流人工湿地为研究对象,探讨不同生物促生剂添加量对系统中N、P以及COD去除效果的影响,并通过测定人工湿地系统中基质磷酸酶和脲酶活性来进行机理分析。结果表明,添加生物促生剂可显著提高系统的脱氮效率,TN和N H4+-N去除效率均达到80%以上,较对照系统分别提高了71.5%和31.7%,对TP和COD的去除效率最高可达到36.0%和91.6%,较对照系统分别提高了9.1%和5.9%。同时可提高系统中基质磷酸酶和脲酶活性,对系统中基质脲酶活性更具有显著性的影响,基质磷酸酶、脲酶活性和COD去除率间存在显著正相关。研究中所采用的生物促生剂在本系统中最适宜添加量为5μL/L,即每升进水中添加5μL生物促生剂。     

非离子表面活性剂在模拟人工湿地处理系统中的净化

非离子表面活性剂(NodriomcsurfaCtant,NIS)是近十余年来发展十分迅速的表面活性剂,1992年世界NIS产量为281万t,占表面活性剂总量的36%.1990年我国NIS产量仅4.2万动至1995年已达25万t1,2.NIS已成为环境中量大面广的一类有机污染物。本文利用模拟人工湿地处理系统对NIS的净化效果进行研究,以期找到一条有效调控NIS对环境污染的途径,为城市污水人工湿地处理系统的设计和运行管理提供科学依据。       

水平潜流人工湿地堵塞初期微生物群落结构变化

为了寻找合适的湿地堵塞监测指标,文章通过运行4组湿地装置来模拟水平潜流人工湿地堵塞的过程,并研究人工湿地中微生物群落在湿地堵塞初期的响应。在人工湿地反应器运行过程中,定期监测基质过滤速率与人工湿地处理性能,包括化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)去除效率,同时应用高通量测序技术测定并分析湿地反应器中微生物群落结构组成与多样性。结果表明:随着堵塞的形成,在4组人工湿地中,基质过滤速率和TP的去除效率持续下降,而COD和TN的去除效率分别为50%—85%和10%—20%; 16S rDNA测序结果表明堵塞会降低细菌群落的丰富度和多样性;人工湿地系统中的优势菌门主要是变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和绿弯菌门(Chloroflexi)等,且当湿地进入堵塞初期后,变形菌门丰度明显增加,具体表现为其门下的反硝化细菌属(Thauera、Zoogloea和Rhizobium)丰度显著增加,此外厚壁菌门和绿弯菌门的有机物降解菌属(Clostridium sensu stricto、Gracilibacter和Levilinea)的丰度也明显增加,这...     

巴西蘑菇对木质纤维素的降解与转化*

巴西蘑菇能够降解棉籽壳和麦草两种培养基中木质纤维素复合体中的全部组分,属于白腐真菌;巴西蘑菇降解的有机物质的绝大部分被菌体的呼吸过程消耗掉,其绝对生物学效率较低,仅为4.41%~5.25%;在栽培前期木质素的降解速率大于纤维素和半纤维素,这对纤维素和半纤维素的降解十分有利;非木质纤维素组分主要在菌丝生长阶段被利用,而木质纤维素是子实体生长发育阶段的主要碳源;就整个栽培过程而言,巴西蘑菇生长发育所需要的82.39%~84.50%的碳源来自木质纤维素。     

深型复合垂直流人工湿地对模拟污水处理厂尾水中PBDEs的去除研究

研究以四溴联苯醚(BDE-47)为目标污染物,构建了两套深型复合垂直流人工湿地小试系统(IVCW,总基质层高=180 cm)。在固定水力停留时间(HRT=3d)和水力负荷(0.3 m/d)条件下,分析测定其对BDE-47(进水浓度=25μg/L)的分段去除率,并探讨PBDEs加入对IVCW系统常规净化效果与基质微生物的影响。批实验结果表明,运行3个月后, IVCW对模拟污水中BDE-47去除率达到99.9%。与对照组相比, BDE-47处理组对氨氮的去除率由72.3%提高至82.9%,但对硝态氮的去除率显著下降,由53.0%降至28.1%,化学需氧量(COD)去除率由88.1%降至82.3%。IVCW各单元基质中BDE-47的残留量沿水流方向逐渐递减,在距离入流最近的下行流上层单元中BDE-47含量最高(约0.01μg/g);但BDE-47的加入导致基质微生物脱氢酶活性明显降低。微生物特征脂肪酸分析结果表明,实验组与对照组下行流单元微生物群落组成差异明显,分别以具有耐受型较强的微生物如革兰氏阳性厌氧菌和快速生长的好氧型革兰氏阴性菌为主。探究IVCW对BDE-47的去除潜力及迁移转化规律...     

鸡腿菇对棉籽壳的降解与转化

栽培在棉籽壳培养基中的鸡腿菇具有较强的木质纤维素降解能力和较高的绝对生物学效率;木质纤维素是子实体生长阶段的主要碳源;CMC酶、FP酶和HC酶的活性变化与纤维素、半纤维素的降解速率正相关,漆酶的活性变化与木质素的降解速率正相关,而过氧化物酶的活性变化与木质素的降解速率没有相关性;淀粉酶在菌丝生长阶段活性较高,蛋白酶的活性高峰出现在子实体生长发育期。     

若尔盖高原湿地土壤-植物系统有机碳的分布与流动

 湿地碳素变化对全球气候变化的影响一直是国内外湿地研究的热点。国内对沼泽湿地碳循环的研究主要集中在三江平原,其它地区则鲜见报道。若尔盖高原位于全球气候变化最敏感的区域之一——青藏高原的东北部,冷湿的气候条件下沼泽十分发育,泥炭贮量丰富,沼泽面积和泥炭资源贮量均居中国首位。为了评估该区湿地在全球气候变化中的作用,作者以该区分布最为广泛的3种沼泽植物群落——木里苔草（Carex muliensis）群落、乌拉苔草（Carex meyeriana）群落和藏嵩草（Kobresia tibetica）群落以及最为典型的3种湿地土壤——泥炭土、泥炭沼泽土和草甸沼泽土为对象,采用田间腐解试验方法,系统研究了高原湿地植物——土壤系统中有机碳的分布与流动,其目的在于：1)探明该区湿地土壤有机碳的数量与分布状况;2)了解植物碳在向土壤流动过程中的消失与残留情况。结果表明,若尔盖高原湿地土壤的有机碳含量一般较高且随土层加深而降低;在植物由活体—立枯—残落物的不同阶段,植物不同化学组分中碳的消失率各异,其中易分解组分碳的消失率最大（3种群落分别为61.37%、69.59%和66.34%）,木质素碳的消失率（44.53%～52.98%）略大于纤维素碳的消失率（38.23%～43.86%）,3种群落植物碳的总消失率分别为53.8%、60.03%和55.18%;3种群落的植物残落物在土壤中分解一年和两年后的残留碳量分别为30 g·m﹣2和25.5 g·m﹣2,而植物残根的相应数值则分别高达179～223 g·m﹣2和161～208 g·m﹣2,说明若尔盖高原湿地生态系统中植物残根是形成土壤有机碳的主要来源。由于该区湿地的生物量较高,有机碳的流动量也相应较大。