氧调控下复合垂直流人工湿地脱氮研究

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《2024年人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展》范文

《人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，水体富营养化问题日益严重，其中氮、磷等营养物质的过量排放是主要诱因之一。

人工湿地作为一种自然与工程相结合的水处理技术，具有脱氮除磷的重要作用。

本文将就人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展进行综述，旨在为湿地生态工程的优化提供理论依据和实践指导。

二、人工湿地脱氮除磷的概述人工湿地是一种模拟自然湿地的人工生态系统，通过植物、基质、微生物的协同作用，实现对污水中氮、磷等营养物质的去除。

其具有投资成本低、运行费用少、维护简单等优点，被广泛应用于生活污水、农业污水、工业废水等的处理。

三、人工湿地脱氮除磷的效果研究（一）脱氮效果人工湿地对氮的去除主要通过氨化、硝化、反硝化等生物过程。

研究表明，人工湿地的总氮去除率可达50%-80%。

其中，填料的选择、水力条件、植物种类和生长状况等因素对脱氮效果具有显著影响。

（二）除磷效果人工湿地主要通过吸附、沉淀、生物吸收等过程去除磷。

研究表明，人工湿地的总磷去除率可达60%-90%。

其中，基质的选择、水力停留时间、植物种类等因素对除磷效果具有重要影响。

四、人工湿地脱氮除磷的机理研究（一）生物过程人工湿地的脱氮除磷过程主要依赖于微生物的作用。

其中，硝化细菌和反硝化细菌在氮的去除过程中起关键作用；而聚磷菌则在除磷过程中发挥重要作用。

这些微生物在湿地基质、植物根际等微环境中生长繁殖，形成复杂的生态网络，共同完成脱氮除磷的任务。

（二）物理化学过程除了生物过程外，人工湿地的脱氮除磷还涉及到物理化学过程。

例如，基质对氮、磷的吸附、沉淀作用；植物对磷的吸收作用等。

这些过程在人工湿地的脱氮除磷过程中也起着重要作用。

五、人工湿地脱氮除磷的研究进展（一）新型基质的研究与应用近年来，研究者们不断探索新型基质在人工湿地中的应用。

新型基质具有更高的比表面积和吸附能力，能更有效地去除氮、磷等营养物质。

同时，新型基质的研发还考虑了生态友好性和可持续性，以实现湿地生态系统的良性循环。

复合垂直流人工湿地对氮的净化效果

复合垂直流人工湿地对氮的净化效果贺　锋,　吴振斌,　成水平,　付贵萍(中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072) 摘　要:　采用复合垂直流人工湿地处理武汉东湖污染水的中试结果表明,出水中NH +4-N 、NO -2-N 和凯氏氮(K N )浓度均显著降低,而NO -3-N 含量有所上升;系统最佳运行水力负荷为800mm/d ,超过此负荷后系统净化效果随负荷增加而下降;在东湖现有的污染负荷下,处理系统仍呈现;就基质中K N 的分布而言,水平方向为下行流池含量高于上行流池,垂直方向为上层>中层>下层,而在植物体内的分布则为叶片中含量最高。

关键词:　污染湖水;　复合垂直流人工湿地;　氮的积累与分布中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:1000-4602(2004)10-0018-04 基金项目:“十五”国家科技攻关课题(2002AA601021);　中国科学院知识创新工程重要方向项目(K SCX 2-SW -102);武汉市晨光计划资助项目(20025001035)E ffect of I ntegrated V ertical 2flow Constructed Wetland on NitrogenR emovalHE Feng ,　WU Zhen 2bin ,　CHE NG Shui 2ping ,　FU G ui 2ping(State K ey Lab.o f Freshwater Ecology and Biotechnology ,Institute o f Hydrobiology ,ChinaAcademy o f Sciences ,Wuhan 430072,China ) Abstract :　A pilot test was conducted with integrated vertical 2flow constructed wetland to treat polluted water from East Lake in Wuhan.Result shows that the concentrations of NH +4-N ,NO -2-N ,K jeldahi nitrogen (K N )in the effluent is reduced remarkably while NO -3-N is increased slightly.The system optimal hydraulic load is 800mm/d.When this optimal value is overloaded ,the purification effectiveness decreases with the in 2crease of hydraulic load.Under the present pollution load in East Lake ,the system still has the potential of bearing pollution.From the K N plane distributing in substrates ,the nitrogen content of down 2flow chamber is higher than that of up 2flow chamber.From the K N vertical distribution ,the nitrogen content of top layer is high 2er than that of medium layer ,bottom layer has the minimum content.The highest concentration is in leafage based on the K N distributing in the plants. K ey w ords :　polluted lake water ;　integrated vertical 2flow constructed wetland ;　nitrogen accumula 2tion and distribution1　材料与方法111　系统的构建复合垂直流人工湿地中试系统建于武汉东湖湖畔,面积为162m 2,由下行流和上行流两池串联而中国给水排水2004V ol.20 CHI NA W ATER &W ASTEW ATER　N o.10成,底部连通。

水解-复合潜流人工湿地系统脱氮工艺优化研究

2013年第39卷第12期工业安全与环保D ecem ber2013I ndust r i al Saf et y a nd Envi r onm e nt al Pr o t ect i on21水解一复合潜流人工湿地系统脱氮工艺优化研究*苏成西尚宇南侯云洪(普洱学院云南普洱665000)摘要研究水解池一垂直潜流一水平潜流人工湿地系统处理农村生活污水中，水力停留时间、溶解氧、C／N等工艺参数和运行条件对C O D、N V i4+一N、N03-一N、T N去除效率的影响，优化水解池、人工湿地结构和运行工艺，建立高效去除C O D、N附一N、N03-一N、T N的好氧／厌氧串联潜流人工湿地。

结果表明，水解池H R T= 3h，垂直潜流湿地H R T=7d，水平潜流湿地Ⅲ汀=5d；浅根植物与深根植物搭配，设置通气管建造垂直潜流湿地；提高水平潜流湿地的C／N，系统的N ng—N、N03-一N、T N的去除率分别达到了89％、51％、85％，提高了系统的脱氮能力。

关键词水解池潜流湿地脱氮工艺优化P r oce ss O pt i m i za t i on of N i t r ogen R em oval i n H ydr ol yt i c T a nk—-V e r t i c al—-H or i z ont a lS ubsur f ace Fl ow Cons t ruct ed W et l and Syst emSU C he ngxi SH A N G Y unan H O U Y unhong(Puer‰浙A舸，Y t am an665000)A b s t r act A hydrol ydc t ank——ver t i cal．．hor i zont al subsur f ac e f l ow cons t m ct ed w et l a nd sys t em f or t r eal i ng r ur al dom es t i cw a s t ew a t er i s st udi e d a nd t he ef f ect s of H R T，D O a nd C／N o n t he r em oval of C O D，N l讨一N，N03-一N，T N ar e di scussed．11圯r e sul t s s h ow t hat t he r em oval r at e of M E—N，N03-一N and T N c an r e ac h89％，51％and85％re spe ct i ve l y and t he ni t r ogen r em oval ca pac i t y C an be i m pr oved under con di t i o ns t hat，t hi s sys t em i s cons t ruct ed w i t h hydrol妒e t a nk m H=3h，ver ti cal subsur f ac e f l oww e t l ands卸朗=7d and hor i z ont al subsui fac e f l ow w et l and卸盯=5d。

人工湿地用于城市污水厂尾水深度处理及其脱氮效能强化研究

一、简介现有的先进水处理技术的现有研究主要包括湿地建设、电凝、膜分离、反硝化滤池、吸附和生物滤池。

人工湿地建设作为一种生态处理技术，具有承载简单、处理效果好、建设成本高、操作管理简单、生态美化效果好等特点，在污水厂尾水深度处理方面具有广阔的前景。

二、水处理技术1.根据现有研究，人工湿地可以从城市污水处理厂的尾水中去除有机物，但是城市污水处理厂的尾水，由于其生化特性而具有较低的有机质浓度和低碳源。

因此，在高级水处理中，连续水在提高脱氮率方面面临某些挑战。

即使废水达到A类排放标准，微量的氮、磷和有机物含量仍高于指标。

直接排放会引起一系列问题，例如水质恶化和水体富营养化，因此找到一种经济上合适的方法来处理尾水以保护水环境非常重要。

2.本市的污水处理设施尾气输出量高，有机物浓度低组成复杂，氮和磷含量高，污水厂尾水深度处理对减少水污染很重要，可以缓解水短缺。

目前采取的方案如下：（1）可以使用电子水处理技术进一步处理尾水，可以满足不同城市水质标准中：冲洗、道路清洁、防火和绿化的重复使用要求。

（2）反硝化过滤器用于深度处理，在C/N条件下，总氮去除率为91.6％。

反硝化过滤器具有更高的处理效率和更小的占地面积，但是工艺设计必须保持厌氧环境，必须添加一定量的碳源以确保平稳的反硝化反应，难以应用。

三、系统选择和过程1.关键流程计划：根据中国类似的大型运河和湖泊净化工程的成功设计理念，设计了由复杂垂直流组成的湿地的高级处理工艺。

废水处理厂产生的废水（二次沉淀水）流入由下游流塘和上游流塘组成的复杂的垂直流建筑湿地处理系统。

水流方法首先垂直向下连接，然后通过连接层，然后垂直上升，并随着污染物穿过另一个活性层而逐渐降解。

2.过程特征：暴露于污染物逐渐形成了适合它们的排他性种群。

这不仅可以有效减少污染物的负荷，还可以使水处理系统进入建筑物（例如花园），并实现效率和美观。

3.环境效益分析：（1）该项目的实施可以显著减少接收原水的污染物负荷，并有效改善地表水环境。

复合垂直流-水平流人工湿地系统除氮效果的影响因素

复合垂直流-水平流人工湿地系统除氮效果的影响因素夏艳阳;崔理华【摘要】复合垂直流-水平流人工湿地系统对NH4+-N及TN去除效果的主要影响因素有水力负荷、溶解氧、植物、季节等.研究表明:复合人工湿地系统在1.2、0.8和0.4 m3/(m2·d)(高、中、低)3个水力负荷条件下对TN的平均去除率分别为58.28％、61.71％和63.94％,对NH4+-N的平均去除率分别为71.71％、59.74％和68.37％;有无充足的氧气对系统中NH4+-N和TN的去除效果影响较大,NH4-N去除率从40％～50％提升到80％,TN的去除率从30％提升到70％;有植物的系统对NH4+-N及TN的去除率要比无植物的高3％～4％,二者差异不明显(P＞0.05);夏秋季节系统对NH4+-N的去除率要高于春冬季节,二者具有明显差异(P＜0.05),且不同停留时间条件下变化规律基本一致,夏季系统对TN的去除率最高,达86.62％,春季系统对TN的去除率最低,为30％～40％,二者相比有明显差异(P＜0.05);温度和氧气是系统去除生活污水中TN和NH4+-N最主要的限制因子.【期刊名称】《环境工程技术学报》【年(卷),期】2017(007)002【总页数】6页(P175-180)【关键词】氮;复合垂直流-水平流人工湿地;水力负荷;溶解氧;植物;季节【作者】夏艳阳;崔理华【作者单位】武汉中科水生环境工程股份有限公司,湖北武汉430071;华南农业大学资源环境学院,广东广州510642【正文语种】中文【中图分类】X703人工湿地系统是20世纪70年代发展起来的污水处理工艺，利用系统中基质、水生植物、微生物的物理、化学和生物三重协同作用，通过基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化[1]。

人工湿地具有投资和运行费用低、处理效果稳定、出水水质好等优点，并且具有良好的生态、社会、经济效益。

人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展

人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展摘要：人工湿地作为一种新兴的生态修复技术，在近年来得到了广泛的关注。

尤其是对于湖泊、水库等水体中的氮和磷污染问题，人工湿地作为一种低成本、高效率的处理手段，受到了研究者们的重视。

本文综述了人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展，包括湿地对氮磷的去除效率和影响因素、脱氮除磷机理，以及人工湿地在实际应用中的效果与前景。

通过对文献的综合分析，总结了人工湿地脱氮除磷的目前研究状况，并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：人工湿地；脱氮；除磷；效果；机理一、引言水体中的氮和磷污染对水环境的健康和生态系统的平衡产生了极大的影响。

氮和磷是水体中主要的营养物质，但过量的氮磷会引起水体富营养化的问题，导致水体产生藻类暴发等现象，严重危害水生态系统和人类生活。

因此，寻找一种经济高效的水体氮磷治理方法是当前水环境研究的热点之一。

人工湿地作为一种新兴的水体修复技术，具有环境友好、经济可行的特点，逐渐成为处理水体中氮磷污染的重要手段之一。

通过模拟自然湿地的生态系统功能，人工湿地能够有效地去除水体中的氮和磷，达到净化水体的目的。

在国内外研究者的共同努力下，人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究取得了一定的进展。

二、人工湿地脱氮除磷的效果人工湿地通过植物根系的吸收作用、湿地沉积物的吸附作用以及微生物的作用等方式，能够有效地去除水体中的氮和磷。

许多研究表明，人工湿地对氮和磷的去除效率较高，可达到40%~90%以上。

其中，植物吸收是人工湿地氮磷去除的主要途径，对于氮的去除有较高的效果；而湿地沉积物和微生物对于磷的去除也起到了重要的作用。

此外，湿地系统的水力负荷、水层厚度和水力停留时间等因素也会对氮磷的去除效果产生一定的影响。

三、人工湿地脱氮除磷的机理人工湿地脱氮除磷的机理主要包括植物吸收、湿地沉积物吸附和微生物作用三个方面。

植物作为人工湿地的重要组成部分，通过根系的吸收作用，可以有效地去除水中的氮和磷。

《2024年垂直潜流人工湿地中污染物去除机理研究》范文

《垂直潜流人工湿地中污染物去除机理研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，水体污染问题日益严重，如何有效处理和净化污水成为当前环境治理的重大课题。

垂直潜流人工湿地作为一种新兴的污水处理技术，因其投资成本低、维护简单、生态友好等优点，受到广泛关注。

本文将就垂直潜流人工湿地中污染物的去除机理进行深入研究。

二、垂直潜流人工湿地概述垂直潜流人工湿地是一种特殊的湿地生态系统，其基本原理是利用植物、介质和微生物的共同作用，对污水进行物理、化学和生物三重处理。

与传统的水平潜流人工湿地相比，垂直潜流人工湿地具有更高的处理效率和更强的抗冲击负荷能力。

三、污染物去除机理研究1. 物理去除垂直潜流人工湿地通过介质过滤、吸附和沉淀等物理作用去除污水中的悬浮物、胶体等污染物。

介质中的颗粒物能够吸附和截留污水中的污染物，从而达到净化水质的目的。

此外，湿地中的植物根系也能截留部分颗粒物，进一步增强物理去除效果。

2. 化学去除在垂直潜流人工湿地中，化学作用主要表现在介质与污染物之间的化学反应。

例如，湿地中的氧化还原反应可以降低重金属的毒性，使其从污染物质中解离出来。

此外，湿地中的pH值也可以通过缓冲作用影响污染物的化学形态和活性。

3. 生物去除生物去除是垂直潜流人工湿地中最为重要的污染物去除机制。

湿地中的微生物通过生物膜、生物膜内部的微生物群落等作用，将有机物、氮、磷等污染物转化为无害物质。

具体来说，有机物被微生物分解为二氧化碳和水等无机物；氮通过氨化、硝化、反硝化等过程转化为氮气；磷则被微生物吸收或与介质中的钙离子结合形成难溶性的磷酸盐沉淀。

四、结论通过对垂直潜流人工湿地中污染物的去除机理进行研究，我们可以发现，该技术利用了物理、化学和生物的协同作用来净化污水。

物理去除主要依靠介质的过滤、吸附和沉淀作用；化学去除则通过氧化还原反应等过程改变污染物的化学形态和活性；生物去除则是通过微生物的分解、转化和吸收作用来实现对污染物的有效去除。

复合垂直潜流人工湿地处理低温生活污水的研究

复合垂直潜流人工湿地处理低温生活污水的研究赵雪锋;王欣【摘要】探讨复合垂直潜流人工湿地用于处理北方农村地区低温生活污水的效果.为获得潜流人工湿地运行与管理的有效方法,从水力停留时间和水力负荷率方面探讨系统对COD、NH3-N、TN和TP的去除效果.研究发现,当水力停留时间在72～96 h时,各项水质指标的去除率较高,NH3-N和TN的去除率为37.6％和35.3％.当水力负荷率在1.0m3/(m2·d)时,水质指标均有较高的去除效果,COD和TP的去除效果分别能达到79.5％和66.7％.通过增加污水回流提高湿地对有机物、氨氮及总氮的去除率,最佳回流比为1.同时对比研究了系统抵御温度变化的能力,分析了温度降低对水质处理效果的影响.【期刊名称】《黑龙江大学工程学报》【年(卷),期】2011(002)004【总页数】5页(P62-66)【关键词】人工湿地;水力停留时间;水力负荷率;回流比【作者】赵雪锋;王欣【作者单位】北京国环清华环境工程设计研究院有限公司,北京100084;清华大学环境学院,北京100084【正文语种】中文【中图分类】X7030 引言垂直潜流人工湿地（Vertical Subsurface Flow Constructed Wetland，VSSFCW）以过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化，实现对N、P及CODcr等污染物的去除［1－3］。

由于氧气可通过大气扩散和植物传输进入湿地系统，垂直潜流人工湿地其内部充氧更为充分，有利于好氧微生物的生长和硝化反应的进行，氮、磷去除效果较好［4－6］。

许多学者一直以来对湿地类型、基质种类、基质粒径和组配、植物种类及搭配进行了大量的研究。

人工湿地除污机理相当复杂，很多化学过程与生物化学过程至今尚未完全弄清或存在不同观点，运行和管理还需要进一步研究。

本研究选择复合垂直潜流人工湿地（Hybrid Vertical Subsurface Flow Constructed Wetland）处理工艺，研究低温条件下COD、NH3－N、TN和TP等水质指标在不同水力停留时间（Hydraulic retain Time，HRT）、水力负荷率（Hydraulicload Rate，HLR）和回流比R及温度等控制参数下的去除规律，寻求组合工艺处理低浓度生活污水的最佳处理方案。

《2024年垂直潜流人工湿地中污染物去除机理研究》范文

《垂直潜流人工湿地中污染物去除机理研究》篇一一、引言垂直潜流人工湿地是一种以人工构筑和控制的生态系统，具有较好的处理能力和可持续的环保优势。

本论文针对垂直潜流人工湿地中的污染物去除机理进行深入研究，通过对污染物的生物-物理-化学反应的细致考察，分析各要素的作用，从而更好地了解该湿地的性能及潜力。

二、垂直潜流人工湿地的构造及工作原理垂直潜流人工湿地主要由基质、植物、水体等组成。

水在基质中以垂直潜流的形式通过植物根部和基质间的缝隙进行流动。

通过植物的吸收作用、基质的吸附作用和微生物的生物化学反应，对污水中的有机物、营养元素等污染物进行去除。

三、污染物去除机理1. 物理吸附和沉降作用垂直潜流人工湿地中，基质层可以吸附水中的悬浮物，以及一些不能被生物降解的大分子物质。

基质的砂粒和微小的微生物也能为水中有机物和颗粒物质的沉降提供物理场所。

这些作用共同保证了人工湿地的初级净化功能。

2. 植物对污染物的吸收和分解在垂直潜流人工湿地中，植物发挥着至关重要的作用。

通过根系生长的根茎对水中营养物质的吸收，减少了水中的营养物浓度。

同时，植物体内部具有生物分解能力，可以将吸收的部分有机物分解为二氧化碳和水等无害物质。

3. 微生物的生物化学反应微生物是人工湿地系统中最主要的污染物分解者。

它们利用各种生物化学反应将有机物转化为二氧化碳、水和生物细胞等物质。

其中，异养菌能直接利用有机物进行新陈代谢，而自养菌则通过光合作用或化学作用将无机物转化为有机物。

这些反应在垂直潜流人工湿地中发挥着重要作用。

四、结论垂直潜流人工湿地在污染物去除过程中具有显著的物理、化学和生物过程相互作用的特点。

物理过程主要包括基质的吸附和沉降作用；植物对污染物的吸收作用则是化学过程和生物过程的重要纽带；微生物的生物化学反应则是主要的污染物质分解方式。

通过综合分析，我们得出了以下几点结论：（1）垂直潜流人工湿地的净化过程是多因素、多途径共同作用的结果。

通过优化配置人工湿地系统中的各个因素（如植物种类、基质种类、光照等），可以有效提高污染物的去除效果。

模拟垂直潜流人工湿地大气复氧规律研究

Ｌｅｉ。．（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＵｒｂａｎＳｔｏｒｍｗａｔｅｒＳｙｓｔｅｍａｎｄＷａｔｅｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｓｃｈｏｏｌｏｆ
杜晓丽等模拟垂直潜流人工湿地大气复氧规律研究
模拟垂直潜流人工湿地大气复氧规律研究＊
杜晓丽徐祖信郑磊。
（１．北京建筑工程学院环境与能源工程学院，城市雨水系统与水环境教育部重点实验室，北京１０００４４；２．同济大学环境科学与工程学院，上海２０００９２；３．北京市环境保护局污染防治处，北京１０００４８）
ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
与非饱和区运行距离（＾）、平均孔隙率（￡）正相关；以不同浸润面高度运行时，大气复氧量可用ＤＯ＝一１．０３５ｑ＋３８．０７８￣＋０．０４３ｈ一０．１１５Ｔ一９．６３０表述；以变浸润线运行时，大气复氧量可用非饱和区运行距离复氧量的加权积分平均值表述。实测结果率定表明，该模型表述垂直潜流人工湿地大气复氧量合理可行。

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第)’卷第)期’(""年)月环!!境!!科!!学+,-./0,1+,23456.+,6+-7;B )’$,7B )1C D B $’(""氧调控下复合垂直流人工湿地脱氮研究陶敏"$’$)$贺锋"$$徐栋"$周巧红"$梁威"$成水平"$吴振斌"$""‘中国科学院水生生物研究所淡水生态和生物技术国家重点实验室$武汉!F)(($’’’‘黄石理工学院环境科学与工程学院$黄石!F)*(()’)‘中国科学院研究生院$北京!"(((F##摘要!溶解氧是人工湿地脱氮的重要限制性因子$调控湿地内氧状态分布是提高其脱氮效果的关键所在B 为此$研究了夏(冬季时氧调控下复合垂直流人工湿地".-6e #中氧状态的变化规律(脱氮效果及净化机制B 结果表明$氧调控下.-6e 中氧状态改善明显$夏(冬季时好氧-区范围"以深度表示#分别从’’L G ("$L G 扩大至*)L G (FF L G ’即使冬季植物枯萎时$氧调控下.-6e 沿水流方向仍可依次形成好氧-区E 缺氧区E 好氧!区"0E 3E 0#)个功能区$而冬季时常规.-6e 仅有好氧-区E 缺氧区"0E 3#’个功能区B 氧调控下.-6e 的有机物降解和硝化能力显著增强$尤其是冬季时60W (2,(,\cF E ,的平均去除率分别提高了"’‘’m (%‘#m ("*‘"m ’并且采用&:p "%:的间歇停曝方式$出水中,0b )E,浓度无明显增加B 另外$好氧-区是.-6e 中污染物去除的主要区域$氧调控主要是增强了该功能区的净化能力B 因此$氧调控措施对于.-6e 系统的优化与应用具有重要意义B关键词!复合垂直流人工湿地’氧调控’脱氮’氧化还原功能区’净化机制中图分类号!_$()‘"!文献标识码!3!文章编号!(’*(E ))(""’(""#()E ($"$E (%收稿日期#’("(E ()E "&’修订日期#’("(E ($E (*基金项目#国家自然科学基金项目"*(&(&"$’$’(&$$(#)$)(&$(’’"#’湖北省杰出青年基金项目"’("(6W 3(#)#’国家水体污染控制与治理科技重大专项"’((#[_($"(%E ((’E ((F #’贵州省教育厅自然科学研究项目"黔教科’((#(($%#作者简介#陶敏""#&’a #$男$博士$讲师$主要研究方向为水环境生态工程$+E G C A ;!9G A A A K"%)B L 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A R A L C 9A 78L C NC L A 9<7R 9:A M7J A Lg 78@A 89:@C @D C 9@?.-6eB2:@M @D @M >;9MM >U U @M 99:C 9C @D C 9A 78A MA G N7D 9C 89R 7D 7N9A G A g C 9A 78C 8?C NN;A L C 9A 787R .-6e M <M 9@G B D %O P +&*,!A 89@U D C 9@?S @D 9A L C ;E R ;7PL 78M 9D >L 9@?P @9;C 8?".-6e #’C @D C 9A 78’8A 9D 7U @8D @G 7S C ;’D @?7J g 78@’N>D A R A L C 9A 78G @L :C 8A M G!!人工湿地系统对于氮的去除作用包括基质的吸附(沉淀(水生植物的吸收(氮的挥发以及微生物的硝化与反硝化作用$其中微生物的硝化与反硝化作用是湿地脱氮的主要途径)"a )*B硝化反应是好氧过程$主要由硝化细菌和亚硝化细菌来完成’而反硝化过程则在缺氧条件下由反硝化细菌来完成)"$F $**B 由此可见$氧是影响人工湿地净化效果的重要限制因子之一$它不仅影响微生物的种类(数量与酶活性$还直接影响系统的净化效果B由于潜流人工湿地自身构造的限制$湿地内溶解氧浓度偏低(脱氮不彻底)%a &*’尤其当植物枯萎时$植环!!境!!科!!学)’卷物根系输氧减少$导致湿地冬季脱氮效果更差)#*B目前$人工湿地溶解氧调控脱氮措施主要有!预曝气)"(*(种植泌氧强的植物)""*(频繁调节液面高度"潮汐流#)"’*(设置通气管)")a"**(鼓风曝气)"%a"&*等B但是$持续增氧会导致湿地出水中硝态氮浓度的大量增加$使总氮去除效率下降)"#*B因此$如何调控与优化湿地沿程的溶解氧状态$创造硝化(反硝化反应各自所需要的环境条件对湿地脱氮效果显得尤为重要B复合垂直流人工湿地"A89@U D C9@?S@D9A L C;E R;7PL78M9D>L9@?P@9;C8?$.-6e#是一种新颖的湿地处理系统$其独特的下行流池E上行流池结构以及间歇式进水方式$形成了好氧E缺氧不断变化的氧化还原环境$使系统具有良好的净化效果)’(a’’*$但脱氮仍不彻底B为此$本试验研究了夏季"植物生长#和冬季"植物枯萎#时$氧调控下人工湿地中氧状态的变化规律及脱氮效果$并从湿地系统氧化还原功能区的角度分析其/黑箱0净化机制$以期为人工湿地技术的优化提供理论指导B<Q材料与方法<R<!试验系统试验系统位于温室中$由’套大小相同的复合垂直流人工湿地"A89@U D C9@?S@D9A L C;E R;7PL78M9D>L9@?P@9;C8?$.-6e#小试系统组成’每套.-6e系统由底部相通的下行池""Gn"Gn(‘%*G#和上行池""Gn"Gn(‘**G#串联而成$基质填料为砂和砾石B下行流池和上行流池内分别栽种美人蕉"O#..#1!.!)#$*2#和石菖蒲"K,0)E2"#)"#)*.0P**#B其中一套湿地下行池底部的排空管内平行埋有曝气管$其以软管与空气压缩机连接$曝气量采用气体流量计计量$另一套湿地作为不曝气对照系统$如图"B)期陶敏等!氧调控下复合垂直流人工湿地脱氮研究.-6e在夏季常规运行状态下$下行池表层"5"#(两池底层"5)(5F#(上行池表层"5%#的氧化还原电位分别表现为好氧环境"i)((G-#(缺氧环境"b"((a)((G-#(好氧环境"i)((G-#$即沿水流方向湿地内依次形成了好氧-区E缺氧区E好氧!区)个氧化还原功能区’.-6e在冬季时则仅形成了好氧区E缺氧(厌氧区’个氧化还原功能区$这主要是由于冬季植物枯萎导致根系泌氧减少的缘故B通过人工强化曝气$即使是在冬季$.-6e都可形成好氧-区E缺氧区E好氧!区)个氧化还原功能区B这种不同的氧化还原环境分别为好氧(兼性和厌氧微生物提供了适宜小生境$从而提高了系统的脱氮效果B环!!境!!科!!学)’卷解氧的需求B 无论是夏季还是冬季$曝气.-6e 的硝化能力都显著高于不曝气.-6e ’尤其是冬季时$曝气.-6e 对,\c F E,的平均去除率为$%‘&m $较不曝气.-6e 提高了"*‘"m $且与夏季时不曝气.-6e 对,\cF E,的平均去除率相当B 因此$从某种程度上说明$氧调控措施能完全补偿冬季低温以及植物枯萎对湿地系统硝化能力的影响B :R U !2,的去除人工湿地脱氮的主要途径是依靠微生物的硝化与反硝化作用$通过氧调控措施可以促进微生物的硝化作用$实现了,\c F E ,向,0b )E ,(,0b ’E,的转化’但如何创造厌缺氧的环境条件促进微生物的反硝化作用$是实现总氮完全去除的关键所在B ]C G A @M 78等)"#*研究表明$持续增氧可为湿地中的好氧微生物提供充足的氧源$提高湿地对60W (,\cF E,的去除率’但持续增氧会导致湿地出水中硝态氮浓度的大量增加$使2,的去除效率下降B 本试验采用&:p "%:的间歇停曝方式$结合.-6e 独特的下行流E 上行流的复合水体流态$形成了时空上动态变化的好氧O 厌缺氧环境条件$促进了硝化与反硝化反应的充分进行$从而提高了总氮的去除B 冬季植物枯萎时$氧调控下.-6e 对2,的平均去除率达到*&‘*m $较不曝气.-6e 提高了%‘#mB 另外$由图F 可以看出$曝气与不曝气.-6e 系统出水中,0b)E,的浓度差别不大$进一步说明采用&:p "%:的间歇停曝方式提供了反硝化反应所需的缺氧环境条件$促进了反硝化作用的进行B SQ 讨论SR <!氧调控下.-6e 中氧化还原功能区范围的变化为了定量比较氧调控下.-6e 中氧化还原功能区范围的变化$对基质氧化还原电位"+:#与深度"3#之间进行拟合$然后利用拟合方程推算出各氧化还原功能区的范围$结果见表"B 可见$夏(冬季时氧调控下.-6e 中好氧-区范围"以深度表示#分别从’’L G ("$L G 扩大至*)L G (FF L G $有利于有机物好氧分解和硝化反应的进行B表<Q 曝气与不曝气B c -X 中各氧化还原功能区的范围2C Q;@"!W @N9:7R ?A R R @D @89D @?7J R >8L 9A 78>8A 9M A 8C @D C 9@?C 8?878E C @D C 9@?.-6e M条件拟合方程:’范围"以深度表示#O L G好氧-区"i )((G -#缺氧区"b "((a )((G -#好氧!区"i )((G -#夏季曝气+:k(‘((’3)b(‘’%*F 3’c)‘F&%*3c*%"‘(&(‘#’"*)*""%冬季曝气+:k(‘((’)3)b(‘)"&*3’c*‘*F&&3cF$&‘%$(‘#F)FF %%"(夏季不曝气+:k(‘"&$3’b’F‘**$3c$F$‘$)(‘#$)’’&$""冬季不曝气+:k(‘’()3’b’%‘"")3c%$%‘#$(‘##*"$"()(SR :!氧调控下.-6e 中氧化还原功能区净化效率的变化由图*可见$在氧调控措施和季节"植物(气温等#的影响下$.-6e 中氧化还原功能区范围会发生变化$从而影响着沿程污染物浓度的变化B 好氧-区是有机物好氧分解和硝化反应的区域$承担了大部分60W (氨氮的去除B 夏季时$曝气促进了.-6e 的硝化能力$氨氮含量大大降低$在5’采样口氨氮浓度就已经降到F G U 14b "以下’但是$曝气对.-6e 沿程60W (总氮浓度影响不显著B 冬季时$氧调控下好氧-区的范围扩大至FF LG $增强了基质微生物活性$加快了好氧反应速率$显著提高了有机物和氮的去除$该功能区"以(a *(LG 计#内60W (2,(,\c F E ,的去除率较不曝气时分别提高了约"’‘*m ("(‘$m (’)‘&mB缺氧区主要是进行有机物的厌氧分解和反硝化反应B 不曝气.-6e 中缺氧区范围偏大$尤其是冬季时其范围达到"()L G $几乎占据整个湿地区域$极大限制了60W 的降解以及氨氮的硝化过程B 在氧调控的作用下$夏(冬季缺氧区与好氧区范围大小的比值分别从’‘%(%‘"降至(‘$("‘’$由此可见.-6e 中各氧化还原功能区的范围得到了优化$从而提高了系统的脱氮效果B好氧!区是继续降解60W 以及氨氮的硝化过程B 夏季时$由于大气复氧和植物根系输氧的作用$不曝气.-6e 中此功能区可恢复为好氧环境$其范围与曝气.-6e 仅相差*L G $因而功能区沿程污染物浓度变化差别不大B 冬季时$由于植物枯萎以及湿地表层冰封的影响$不曝气.-6e 中此功能区变为缺氧环境’而在氧调控作用下$好氧!区仍然存在$促进了60W (,\cF E,的去除B 一般的水平潜流人工湿地$水流方式为水平推(’$)期陶敏等!氧调控下复合垂直流人工湿地脱氮研究环!!境!!科!!学)’卷用&:!"%:的间歇停曝方式$出水中,0b)E,浓度没有明显增加B")#好氧-区是.-6e中污染物去除的主要区域$氧调控主要是增强了该功能区的净化能力$特别是冬季时功能区"以(a*(L G计#内60W(2,(,\cFE,的去除率较不曝气时分别提高了约"’‘*m( "(‘$m(’)‘&mB致谢!张甬元教授(刘保元教授(付贵萍(梁威和张丽萍等在实验过程中给予了指导’李明(佘丽华(孔令为(曹湛清等在实验数据测定中给予帮助$在此表示感谢B参考文献#)"*!^C?;@L/\$^8A U:9/4B2D@C9G@89P@9;C8?M)1*B6:@;M@C$ 1A L:A U C8$X53!4@P A M V>Q;A M:@D M$"##%B)’*!T@8:C GT4$179@6/B.8S@M9A U C9A8U?C A D<;C U7789D@C9C QA;A9<A8 C;C Q7D C97D<E M L C;@L78M9D>L9@?P@9;C8?M M<M9@G)]*B2D C8M C L9A78M7R9:@353+$"###$U:!F#*E*(’B))*!-<G C g C;]$T D A J\$677N@D V=$!"#$B/@G7S C;G@L:C8A M G M C8?9<N@M7R L78M9D>L9@?P@9;C8?M)3*B.8!-<G C g C;]$T D A J\$677N@D V=$!"#$B678M9D>L9@?P@9;C8?M R7D P C M9@P C9@D9D@C9G@89A8+>D7N@)6*B4@A?@8!T C L I:><M V>Q;A M:@D M$"##&B"$E%%B )F*!/@??<^/$W#38U@;7+1B T A7U@7L:@G A L C;A8?A L C97D M97 @S C;>C9@N7;;>9C89D@G7S C;@R R A L A@8L<A8L78M9D>L9@?P@9;C8?M)]*B e C9@D5L A@8L@C8?2@L:87;7U<$"##$$SV!"E"(B)**!4@@13$59C8M Q>D<]5$[:C8U26B2:@@R R@L97R;7P 9@G N@D 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