人工湿地污水处理技术问题及改进措施研究进展

人工湿地作为一种绿色生态、低成本的污水处理技术,其应用日渐广泛。随着应用和机理研究的深入,传统湿地在运行过程中也涌现出各种问题。本文总结了近几年来人工湿地污水处理所出现的堵塞、脱氮效率低、污染负荷小、受温度影响大等问题,综述了国内外学者针对这些问题采取的内部系统强化、工艺改进以及与其他工艺类型组合等措施,并对今后人工湿地技术的发展方向进行探讨。     

人工湿地污水处理的应用现状及前景展望

本文分析了人工湿地系统在污水处理中的作用,叙述了人工湿地在发展中国家的应用现状及所取得的效果。人工湿地的特点适合我国国情,特别适合广大农村、中小城市的污水处理,在我国具有极其广阔的应用前景。对湿地用于污水处理方面的不足,如缺乏污水对植物影响的研究(特别是对乡土植物的研究)、缺乏对重要工艺的理解、人工湿地占地面积大等也进行了分析。     

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.     

模拟人工湿地处理污水的试验研究

运用自行设计的人工湿地模拟装置处理人工污水,研究了污水在系统中的净化动态和最佳停留时间,并初步探讨了pH、Eh和气温对净化效率的影响。试验结果表明,有树系统5天内的净化率分别为:BOD_594.8％,总氮93.0％,总磷95.0％,氨氮99.5％。当Pb、Cd浓度分别在2500mg/L和250mg/L以内时,系统对Pb、Cd的净化率为99.9％以上,并可在3小时内基本完成。即使在“土壤”含Pb量达2.86g/kg和含Cd量达0.29g/kg的情况下,系统对Pb、Cd的净化率仍可达96.2—98.5％。     

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。     

波形潜流人工湿地污水处理的研究

波形潜流人工湿地包括水平流、上行流和下行流在内的混合流态,集合了潜流人工湿地和垂直流人工湿地的优点,优于传统潜流人工湿地。本文主要结合波形潜流人工湿地的特点,探讨波形人工湿地微生物群落结构及污染物去除机理,为强化波形潜流人工湿地的净化功能提供参考。     

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。     

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。     

潜流人工湿地在城市污水三级处理中的应用

采用页岩/钢渣强化潜流人工湿地作为城市污水处理厂三级处理工艺.结果表明:在平均水力负荷为0.32 m·d-1的条件下,当进水有机物(CODcr)、总氮(TN)、总磷(TP)平均浓度为33.9、15.1和1.57 mg·L-1时,出水CODcr平均浓度为13.6 mg·L-1去除率为60%,面积速率常数KA值为0.3 m·d-1温度对CODcr的去除影响不明显;出水TN浓度在5.4～14.3 mg·L-1之间波动,KA值为0.09～0.31 m·d-1,去除率受温度的影响较大,随着进水硝态氮比例的提高和运行时间的延长,湿地对TN的去除效率有上升趋势;稳定阶段出水TP浓度为0.6 mg·L-1去除率为50%,KA为0.26 m·d-1温度对,TP去除影响不大.     

人工湿地污水处理工艺设计关键及生态学问题

人工湿地污水处理系统是一种经济高效的污水生态处理技术方式．然而,湿地污水处理技术在性能上仍须有待发展与完善,尤其需要对其处理工艺参数进行不断改进和系统优化．本文针对人工湿地污水处理工程中有关水力停留时间、水传导因素、表面负荷率和工程构筑物设计等技术参数,概括性地剖析、探讨了国内外人工湿地污水处理工艺的设计关键及其主要技术内涵,给出了一些重要的优化模型与最佳数值;与此同时,分析、提出了利用生态学方法克服人工湿地工程运行中所涉及的野生生物管理与蚊蝇控制等问题。     

Performance of integrated household constructed wetland for domestic wastewater treatment in rural areas

As environmental legislation has become stricter in recent years, the issue of wastewater treatment in rural areas has become an increasing concern. Choice of the most suitable on-site purification systems is based on the key issues of affordability and appropriateness in Chinese rural areas. This paper describes an integrated household constructed wetland (IHCW) system planted with willow (Salix babylonica) to treat household domestic wastewater in rural villages in northern China. The precast frame structure of IHCW is strong and waterproof. It can be mass-produced and installed per a standard set of specifications. The IHCW has achieved high overall removal efficiencies for BOD₅, TSS, NH₄-N, and TP: 96.0%, 97.0%, 88.4% and 87.8%, respectively. A 0.4 m biomass layer cover on the system provided significant system thermal insulation, maintaining high treatment performance in freezing winter conditions. The system is cost effective and does not need any operational energy inputs, demonstrating its feasibility for single-family use in developing countries.     

Feasibility of using constructed wetland treatment for molasses wastewater treatment

The surface flow constructed wetland (SFCW) with Cyperus involucratus, Typha augustifolia and Thalia dealbata J. Fraser was applied to treat anaerobic treated-molasses wastewater (An-MWW) under the organic loading rates (OLRs) of 612, 696, 806, 929 and 1,213 kg BOD(5)ha(-1)day(-1). The results showed that both removal efficiency and plant growth rate were increased with the decrease of organic loading rate (OLR). All tested-plant species could not grow under OLR of higher than 696 kg BOD(5)mg l(-1) (p>0.05). Also, the plant-biomass of the systems was reduced by 10.4%, 26.5%, and 64.7% of initial plant-biomass under the OLR of 806, 929 and 1,213 kg BOD(5)ha(-1)day(-1), respectively. However, all tested-plant species showed the same pattern on the plant-biomass production yield and removal efficiency. The highest SS, BOD, COD, total phosphorus, NH(4)(+), NO(3)(-) and molasses pigments (MP) removal efficiencies of 90-93%, 88-89%, 67%, 70-76%, 77-82%, 94-95% and 72-77%, respectively were detected under the OLR of 612 kg BOD(5)ha(-1)day.     

人工湿地处理炼油废水的生态效益研究

来自茂名石化公司的炼油废水含有较高浓度的污染物 ,超过广东省规定的排放标准 ,未经处理不能直接排放。 4种草本植物 ,香根草、芦苇、宽叶香蒲和蒲草被用来测试建植人工湿地的效果以及所建植的人工湿地处理炼油废水的效果。在为期 2个月的处理过程中 ,人工湿地在前期对炼油废水的净化效率很高 ,它们对第一批高浓度废水中氨氮、COD、BOD和油的去除率分别是 97.7%、78.2 %、91 .4%和 95 .3% ,对第一批低浓度污水分别是 97.1 %、71 .5 %、73.7%和 89.8%。但是 ,随着时间的推移 ,湿地的净化效果会有一定程度的下降 ,然后逐渐趋于稳定。湿地对氨氮、COD、BOD和油类的去除效率始终表现为氨氮 >油类 >BOD>COD,但植物对它们的净去除量却是 COD>BOD>氨氮和油类。湿地建植之初 ,植物的净化功能很弱 ,但随植物的生长和生物量的增加而逐渐增强。然而 ,不同植物种对废水的净化率很接近 ,基本上无显著性差异。被测试的 4种植物在污水湿地中的生长表现都好过在清水湿地中的 ,但香根草、芦苇和宽叶香蒲在高浓度废水的分蘖数比在低浓度的废水少些 ,而蒲草相反 ,表明高浓度污水相对于低浓度污水而言已经对前面 3个种产生了伤害 ,却仍促进蒲草生长。在清水培养阶段 ,香根草产生分蘖的速度是 4个种中最低的 ;进入污水培养阶     

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。     

污水渗滤湿地处理系统技术的研究进展

由于渗滤湿地污水处理系统具有很高的净化效率和相对较低的基建投资和处理成本,目前正渐渐在许多国家得到较为广泛的应用．本文简要论述了渗滤湿地的构造与渗滤介质、N和P的去除过程与净化机理、技术性能、现行的设计方法、运行与调控机制、土壤堵塞问题与解决途径、垂直流与水平流人工湿地处理系统的组合及其在不同类型废水处理中的应用等．最后,探讨了这一技术的研究发展方向．     

Treatment efficiency of a hybrid constructed wetland system for municipal wastewater and its suitability for crop irrigation

Design and implementation of wastewater treatment is inevitable due to toxic effects of wastewater irrigation on crops, soil and human health. Current investigation is the pioneer attempt on full-scale hybrid constructed wetland system (HCWS) built for municipal wastewater treatment from Pakistan. HCWS was comprised of vertical sub-surface flow constructed wetland (VSSF-CW) and five phyto-treatment ponds connected in series. Higher environmental risk was associated with untreated municipal wastewater usage in irrigation as estimated through discharge of metals to recipient soils. Treatment efficiency percentages recorded for HCWS reclaimed water quality parameters were, i.e., EC (56.68), TDS (56.86), alkalinity (39.67), chloride (39.68), sulfate (46.73), Na (28.80), Mn (65.24), Cr (78.07), Ni (81.02), BOD (68.74), total hardness (19.56), Fe (70.09), phosphate (55.40), Pb (80.48), COD (63.64), Mg (17.24), K (60.05), Co (100), Cu (67.73), Zn (59.97), Cd (100), and Ca (21.47) respectively. Wastewater treatment in HCWS was due to aquatic plants [Phragmites australis Cav. Trin. ex Steud., Canna indica L. Typha latifolia L., and Hydrocotyle umbellata L.], microbial activities and substrate based wetland processes. The HCWS treated water was well under irrigation standards and recommended for safer crop production in water scarce regions.     

人工湿地处理造纸废水后细菌群落结构变化

人工湿地通过模拟自然湿地的生态系统,能够实现污染物的去除,是一种高效经济的污水处理手段,但是对人工湿地处理后污水中细菌群落的研究较少。采集了造纸厂排污口和人工湿地出水口的水样,检测了溶解氧、pH值和盐度等水质指标,对主要污染物的含量进行了测定和分析,并利用DGGE技术对细菌群落的变化进行了研究。结果表明:(1)造纸污水经人工湿地处理后水质有明显提高;(2)人工湿地处理后细菌群落结构发生变化,优势菌由γ变形菌和衣原体变为α变形菌,而且微生物多样性指数Shannon-Wiener's降低;(3)人工湿地处理前污水中存在着大量致病微生物和降解微生物,处理后以环境友好的固氮菌和少量致病菌为主。研究结果揭示了人工湿地不仅可以去除造纸废水中的污染物,改善水质而且可以大大减少向环境中排放的致病微生物,防止由致病微生物引起的生态灾难的发生,为将来人工湿地应用于工业污水处理和微生物生态安全评估提供有效可靠的依据。     

Factors affecting the performance of horizontal flow constructed treatment wetland vegetated with Cyperus papyrus for municipal wastewater treatment

The effect of hydraulic loading rate (HLR) and hydraulic retention time (HRT) on the bioremediation of municipal wastewater using a pilot scale subsurface horizontal flow constructed treatment wetland (HFCTW) vegetated with Cyprus papyrus was investigated. Different HLRs were applied to the treatment system namely 0.18, 0.10, and 0.07 m³/m². d with corresponding HRTs of 1.8, 3.2, and 4.7 days, respectively. The flow rate was 8 m³/d, and the average organic loading rate (OLR) was 0.037 kg BOD/m³/d. Results showed that the performance of the HFCTW was linearly affected by decreasing the HLR and increasing the HRT. The highest treatment efficiency was achieved at HRT (4.7 days) and HLR (0.07 m³/m². d). The percentage reductions of chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD), and total suspended solids (TSS) were 86%, 87%, and 80%, respectively. Satisfactory nutrient removal was obtained. Also, removal of 2–3 logs of bacterial indicators of pollution was achieved. The dry biomass of Cyperus was 7.7 kg/m² and proved to be very efficient in nitrification processes due to high diversity of the roots that increase the treatment surface area.