基于生物协同作用的强化生态浮床对养殖水体的净化效果

为了提高传统植物浮床对养殖水体的净化效果,降低养殖排放水污染,采用在凤眼莲Eichhornia crassipes浮床底部放置生物陶粒基质的方法构建强化生态浮床,研究了该强化生态浮床对养殖水体的净化效果。结果表明:用强化生态浮床净化水体16d时,对总氮(TN)、氨氮(NH+4-N)、亚硝氮(NO-2-N)、总磷(TP)、化学耗氧量(COD)的去除率分别达到48.57%、68.52%、77.05%、71.17%、47.22%,均显著高于凤眼莲组和生物陶粒组(P<0.05);经强化生态浮床净化后的养殖水体中,TN、TP水平分别达到淡水池塘养殖排放水一级标准(SC/T9101—2007),NH+4-N浓度降至0.20mg/L以下,NO-2-N浓度降至0.01mg/L以下。研究表明,强化生态浮床中植物、基质和微生物的协同作用提高了其对污染物的去除效果。     

生态坝微生物与水生植物的水质净化机制研究

针对湖泊养殖污染问题,构建了由填料浮床和植物浮床组成的生态坝,考察了填料上生物膜的微生物活性及空心菜对氮、磷营养盐的去除效果,以获得生态坝的水质净化机制。结果表明:1作为在低浓度开放水体中生长的生物膜,虽然其活性比传统污水处理中活性污泥或生物膜的活性低,但仍具有明显的水质净化效果;VSS/SS值为0.42,比耗氧速率、比氨氧化速率、比亚硝酸盐氧化速率和比反硝化速率分别为(11.8±1.4)mg O_2/(g VSS·h)、(0.50±0.23)mg NH~+_4-N/(g VSS·h)、(0.15±0.01)mg NO~-_2-N/(g VSS·h)和(0.56±0.21)mg NO~-_3-N/(g VSS·h)。2空心菜对氮、磷的去除能力与氮、磷浓度呈正相关关系,其对低、中、高浓度模拟养殖水体中TN的平均去除率分别为31.7%、68.4%和75.9%,对NH~+_4-N的平均去除率分别为52.4%、74.8%和79.6%,对TP的平均去除率分别为40.8%、66.3%和78.2%,对PO~(3-)_4-P的平均去除率分别为48.0%、69.4%和80.5%。3生态坝上微生物和空心菜对NH~+_4-N的去除潜力分别是0.49和0.004 g/(m~2·d),微生物对NH~+_4-N的去除贡献大于水生植物;空心菜对TP的去除贡献大于微生物,去除潜力为0.48 mg/(m~2·d)。     

太阳能曝气—生物强化浮床对景观水体中氮素的去除

针对景观水体富营养化现象日益严重,设置5组实验装置,探究太阳能曝气、轻质陶粒填料、美人蕉及固定化好氧反硝化细菌颗粒强化组合生态浮床对富营养化水体中氮素和有机物的去除效果。结果表明,组合浮床中曝气和填料的设置对COD的去除起主要作用,设置曝气浮床较无曝气浮床的COD去除率提高了25%,设置填料浮床较无填料浮床的COD去除率提高了20%。曝气对NH~+_4-N的去除可起到很好的效果,设置曝气浮床较无曝气浮床的NH~+_4-N去除率提高了81.17%。曝气可促进硝化反应的进行,NO~-_2-N会随氨氮浓度的降低而上升,且NO~-_3-N浓度变化与NO~-_2-N浓度变化具有一定的同步性。添加了固定化好氧反硝化细菌颗粒的组合生态浮床对氮素的去除效果最佳,其中对NH~+_4-N的去除率达到了97.57%、对TN的去除率为50.24%。固定化好氧反硝化细菌的加入可缩短氮素的转化进程,提高氮素的转化效率,利于氮素的去除。     

淀山湖河口生态浮床试验工程设计与效果研究

在综合考虑淀山湖千墩浦河口区域的地形、水文、水质、植被、航道等环境因素和工程实施总体目标的基础上,从工程选址、浮床结构、浮床植物筛选、浮床布局以及浮床系统保护等方面开展了生态浮床试验工程的研究与设计,并通过实践进行了效果验证,为在淀山湖大规模开展浮床工程建设积累了技术参数和运行经验。工程运行一年来的情况表明,浮床技术可有效削减富营养化水体中的COD、TN、氨氮和TP等营养物质,为后续的生态修复工程奠定良好基础;选择的浮床植物较好地适应了淀山湖水体营养状况,植物收获量达到和超过了考核目标;设计的"消浪排+防浪围隔"防护系统结构可有效抵御风浪和船行波的影响,围隔对波浪能的消减率可达39%。     

生态浮床对河口水质的净化效果研究

通过分析浮床建成前后、浮床撤除前后以及浮床边和开阔水道之间水质的差异,考察了浮床对河口水质的净化效果,并对净化机理进行了分析.结果表明,生态浮床具有很强的净化能力,经过浮床段后TN、TP和NH 4-N浓度均得到明显降低;浮床边的水质较好,浮床对TP、TN、NH4 -N的净去除率分别为10.4%、8.1%、18.1%;由于氮循环过程的复杂性,经过浮床段后NO-3-N和NO-2-N浓度反而显著升高;工程段水质的改善是湖水稀释、河流自净和浮床净化等综合作用的结果;撤除浮床后,对水体的净化效果大大降低,对TP、TN、NH4 -N的去除率仅分别为18.2%、9.2%、27.8%.     

组合生态浮床在滇池入湖河流治理中的应用

采用一套由植物浮床和填料浮床组合而成的生态浮床系统治理滇池入湖河流大清河,考察了组合浮床对入湖河流水质的净化效果.结果表明,组合生态浮床对水体中COD、TN、TP的去除效果较好,其面积污染负荷去除率分别为401.5、50.0、5.44 mg/(m2·d),年平均去除率分别为5.16%、4.2%和7.91%,水质的改善效果明显.     

人工浮床加挂填料对富营养化河水的净化效果

人工浮床技术是治理富营养化水体的一种经济且高效的手段.应用3种填料、2种浮床、2种水力负荷对人工浮床中试系统进行组合构建,考察不同类型的浮床对太湖周边污染河水的净化效果.结果表明,采用人工浮床加挂人工填料的方法对富营养化河水进行外源污染控制是行之有效的,经过3种填料组合浮床净化后,出水水质都达到了生活生产用水水质标准.3种不同填料的组合浮床中,净化效果最好的是球形填料与框架结构组合,在低水力负荷率条件下,该系统对TP、NH4+ -N、NO3-N和CODMn的去除率分别达到74.3％、76.6％、63.6％和67.5％.     

多级生态塘植物修复技术用于富营养化水体修复

针对水体富营养化问题,利用多级生态塘植物修复技术,对西湖上游的两股溪流进行生态拦截与修复。实际运行结果表明,该工艺净化效果良好,对主流水体中的TN、TP、NO-3-N和COD的累计去除率分别为42.5%、42.8%、52.9%和52.6%,对支流水体中的TN、TP、NO-3-N和COD的累计去除率分别为62.1%、77.3%、69.3%和59.6%,出水水质分别达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅴ类和Ⅳ类标准。     

复合生态床修复北方景观水体的影响因素研究

采用以沸石和煤渣为基质的复合生态床修复北方微污染景观水体,考察了水力停留时间、温度、植物等因素对修复效果的影响.结果表明,当水力停留时间由1 h增至4 h时,系统对NH4+-N和TP的去除率分别由91.5%、31.8%提高至98%、52.5%;当温度下降时,对NH4+-N的总体去除效果无明显变化,对TP的去除率则明显降低;在床体表面种植植物能够提高系统对NH4+-N、TP和TOC的去除效果.     

复合生态床的植物配置与净化效能研究

复合生态床是由填料和植物按一定需要组合而成的梯级人工湿地系统,是一种新型的生活污水生态处理工艺。结合山地城镇的地形特点构建了三级人工湿地生态床,并开展了处理生活污水的中试(13.5 m3/d)研究。选择美人蕉、风车草、菖蒲、香蒲四种土著植物以及陶粒、钢渣、石灰石等3种填料,通过进行不同的组合,考察其对除污效果的影响。结果表明:美人蕉的生物量最大,对氮、磷的去除能力较强;最优植物组合为风车草—美人蕉—菖蒲,其对NH3-N、TN和TP的去除率分别为69.85%、59.31%和75.04%。     

植物碳源强化浮床净化效果及对根系微生物群落影响

为解决传统生态浮床对再生水补给景观水体中氮去除效果不佳的问题，在传统生态浮床(T-EFB)基础上引入植物碳源，构建植物碳源强化生态浮床(PCS-EFB)，并通过中试考察了两者对再生水补给景观水体水质的净化效果，以及植物碳源对根系微生物菌群的影响。结果表明，PCS-EFB可大幅降低水体中污染物浓度，试验全程对浊度、TN、NO₃^--N、藻密度和叶绿素a(Chl-a)的平均去除率分别可达46.52%、62.24%、92.84%、57.51%和63.86%。同时，植物碳源的缓释性与良好的可生化性使其在促进反硝化的同时不会引起水体COD的大幅增加。此外，植物碳源的添加还可提高浮床系统微生物多样性，同时增加Proteobacteria、Chloroflexi、Firmicutes等功能菌的相对丰度，促进水中污染物的去除和降解。因此，植物碳源强化生态浮床可用于以硝酸盐氮为主的景观水体净化，以保障水质和控制富营养化。     

组合生态浮床技术对富营养化水源水质的改善效果

通过延长浮床生态系统的食物链和强化浮床的微生物富集特性,构筑了以水生植物、水生动物及微生物生态系统为主体的组合生态浮床,考察了其对富营养化水源水质的改善效果。研究表明,当水体交换时间为7d、水力负荷为1.85m3/(m2.d)时,组合生态浮床对TN、TP、TOC、Chl-a的平均去除率分别为52.7%、54.5%、49.2%、80.2%,相应的去除负荷分别为4.03、0.79、0.49g/(m2.d)和25.31mg/(m2.d);对总藻毒素和胞外藻毒素的去除率分别为77.4%和68%。可见,该组合生态浮床是改善富营养化水源水质的有效方法。     

水绵强化浮床净化再生水补给的景观水体效果

在补充再生水的模拟景观水体中采用黄菖蒲生物浮床,并引入网箱种植的水绵构建水绵强化浮床,从而探讨中低温条件下水绵强化浮床对再生水补给的城市景观水体水质的净化效果。试验结果表明,水绵对铜绿微囊藻的生长具有明显的抑制作用,水绵强化浮床可以控制再生水补给的景观水体中的藻密度和叶绿素a(Chl-a)浓度,其在中低温连续运行60 d过程中,水绵强化浮床水体的藻密度和Chl-a浓度均值分别为1. 57×10~4个/mL和5. 59μg/L,为浮床水体对应值的34. 28%和54. 54%,为空白水体对应值的4. 89%和14. 44%。同时,水绵强化浮床对再生水补给的模拟景观水体中的氮和磷具有较好的去除效果,在TN、NH_4~+-N和NO_3~--N的本底浓度分别为7. 52、1. 71、5. 53 mg/L条件下,运行60 d后其对应的浓度分别降低至0. 20、0. 08、0. 06 mg/L;当TP和PO_4~(3-)-P的本底浓度分别为0. 75、0. 70 mg/L时,运行60 d后其对应的浓度分别降低至0. 01mg/L和检测限以下。因此,水绵强化浮床对再生水补给的景观水体中低温阶段的水质净化及藻类控制效果明显,可有效控制该类水体的富营养化,是一种高效的景观水体水质控制方法。     

悬浮式生态滤床原位修复水产养殖水体的研究

构建了集水质净化、水体增氧与植物种植等多种功能于一体的悬浮式生态滤床系统,研究了该系统在鮰鱼养殖塘中的实际应用效果。结果表明,当水力负荷为0.2 m3/(m2.h)时,系统的增氧效率最高;生物预挂膜周期为20 d左右,成功挂膜后,对COD的去除率可达65%;稳定运行期间,鱼塘的SS、NH3-N和NO2--N浓度均值分别为3.5、0.26和0.17 mg/L。良好的水质状况降低了养殖成本,提高了鮰鱼产量,并实现了渔业养殖废水的资源化利用。     

低温下生态浮床净化重污染河水的研究

为了提高普通植物浮床在低温条件下对重污染水体的净化效果,引入陶粒作为浮床基质,在重庆地区的临江河构筑了植物—陶粒生态浮床,研究了美人蕉、风车草浮床在低温条件下对重污染河水中TN、TP和COD的去除效果。结果表明,关人蕉、风车草浮床对TN的平均去除率分别为36．2％、35．3％,对TP的平均去除率分别为30．1％、30．8％,对COD的平均去除率分别为27．8％、31．7％;其中,美人蕉、风车草的吸收作用可去除水体中7．2％、5．4％的TN,8．3％、6．8％的TP,陶粒的净化作用可去除水体中10．1％的TN、13％的TP和13．9％的COD。水温〉10℃时,关人蕉浮床的净化能力明显高于风车草浮床,而风车草浮床在10℃以下的净化效果较好。     

改进型Living Machine系统净化城市河水的研究

以净化城市受污染河水为目标,对Living Machine系统进行改进而构建了植物浮床生态箱/植物浮床生态箱/人工湿地/沉水植物生态箱系统,在系统中引入了多种植物以及鱼类、螺蛳、虾等物种,并以间歇方式运行,平均水力停留时间为2 d.结果表明,经过该系统处理后河水的DO含量提高了100%,对NH4--N的去除率为82.4%,对TN的去除率为23.4%,对TP的去除率为50.2%,对COD的去除率为28.1%;出水DO、NH4+-N、TN、TP、COD分别为5.20、0.42、9.78、0.34、12.72 mg/L.     

“表潜结合式”人工湿地用于处理城市微污染水体

将"表潜结合式"人工湿地用于北京某地表微污染水体的生态处理,在优化人工湿地设计参数、填料选择(再生填料)以及植物搭配的基础上,当湿地处理区上游来水为《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅴ类标准时,通过"表潜结合式"人工湿地的填料吸附、植物吸收以及微生物降解等多重作用,最终能够实现湿地出水COD、NH_3 -N分别稳定达到30、1. 5 mg/L以下,满足甚至优于地表水Ⅳ类标准的水质设计需求,具有显著的环境、生态与景观效益。     

城市河道水环境污染修复系统

河道水环境污染修复系统,包括漂浮在河道水面上的生态浮床,固定在生态浮床上的若干种植床,固定在生态浮床的底部的吸附网和反应床,以及设置在河道的水底的水藻格栅和曝气管;曝气管通过通气管与一气泵连接;曝气管上设有若干曝气孔;水藻格栅上固定有至少一个充气囊,充气囊通过充气管连接至送气管,送气管的输入端连接至气泵的第二输出端。本河道水环境污染修复系统可以对河道里的水体进行全方位、多层次地进行修复,其修复效率高,且便于维护。     

不同植物净化富营养化水体的效果和群落分析

为发掘高效净化富营养化水体的新型浮床植物,使生态浮床技术能够更好地服务于污染水体的治理,探究了不同浮床植物处理条件下各水体浮游植物群落和微生物群落的差异。在室外条件下,以绿萝、万年青和皇冠草作为试验植物,对人工配制的富营养化污水进行48 d的处理,比较植物生长情况和净化效果,分析浮游植物和微生物群落结构和多样性。结果表明,3种植物都能存活,万年青根系发达,生物量增加较多。4个水箱内溶解性磷(DP)、TN、TOC的降解趋势一致。试验结束后,万年青组能显著抑制水体中藻类生长,藻密度含量较低,藻的种类单一。万年青组对DP、TN、TOC的去除速率较快,效果较好,去除率分别为95.0%、97.57%和92.53%。藻类的吸收利用是对照组各污染指标下降的主要原因。     

“流水养殖槽—虾—蟹”串联式循环水养殖模式净化效能的研究

为研究鱼虾蟹养殖与循环水养殖相结合生态模式的有效性及可持续性,通过构建"流水养殖槽—虾—蟹"串联式循环水养殖系统(IPRS-shrimp-crab),对流水槽前端、集污区、人工湿地、虾蟹池出水口4个功能区域进行了为期4个月的采样监测,测定4个区域的水温(T)、pH、溶解氧(DO)、透明度(SD)、总氮(TN)、总磷(TP)、总氨氮(NH~+_4-N)、亚硝态氮(NO~-_2-N)、高锰酸盐指数(COD_(Mn))和叶绿素a(Chl-a),以及浮游动植物密度、生物量、多样性指数及其随时间的变化情况,从而对养殖模式的净化效能进行综合评价。结果表明:不同水体营养盐水平依次为集污区>虾蟹池出水口>流水槽前端>人工湿地,流水槽前端的TN、NH~+_4-N、NO~-_2-N,集污区的TN、COD_(Mn),人工湿地与虾蟹池出水口的SD、TN、TP、NO~-_2-N等指标在5月与7月之间存在显著性差异(P<0.05),而在7月与8月之间无显著性差异(P>0.05),说明温度升高营养盐水平均存在一定程度的增加,随着系统的运行各项营养盐指数趋于稳定;养殖水体经过净化区后,水体内的浮游动植物密度与生物量快速下降,这说明营养盐水平的降低限制了浮游生物的生长繁殖,而浮游动植物的Shannon-Weaver多样性指数(H′)、Pielou均匀度指数(J)、丰富度指数(D)则随时间的推移呈上升趋势,说明系统内部生物群落结构逐渐完善,水体环境越来越稳定,更有利于加强水质的自净能力;该养殖模式对循环系统中TN、TP、NH~+_4-N、NO~-_2-N、COD_(Mn)、Chl-a的平均去除率分别为8.22%、33.41%、18.44%、15.95%、20.98%、30.41%,其中养殖水体大部分处于轻度富营养化状态。研究表明,"流水养殖槽—虾—蟹"串联式循环水养殖模式对营养盐具有一定程度的净化效果,且随时间推移整个系统的净化能力逐渐上升,各项数据趋于稳定,但总体去除效率有待进一步加强,整个循环过程达到了养殖尾水"零排放"的目标,其成功的应用可为水产生态集约化养殖发展提供科学依据。