3种湿地填料对水体中氮磷的吸附特性研究

针对污染水体中氮磷超标问题,以海绵铁、沸石、砾石为填料,采用等温吸附、吸附动力学模型的方法开展3种湿地填料对氮磷吸附特性研究.结果表明:(1)填料对氮和磷的吸附均能用Langmuir和Freundlich方程描述.理论上对磷的吸附量依次为海绵铁＞沸石＞砾石；对氮依次为沸石＞海绵铁＞砾石.(2)双常数、一级动力学和Elovich方程动力学模型能够较好地描述填料对氮磷的等温吸附动力学特征,其中Elovich方程对3种填料的磷的吸附动力学特征描述更准确；一级动力学方程对沸石的氮的吸附动力学特征描述最精准.(3)填料对氮磷的吸附过程呈现先快后慢的整体趋势.从对氮磷的吸附量、吸附速率看,海绵铁和沸石能够作为人工湿地的填料对污水进行处理,并且经济方面较便宜,取用方便.     

粉煤灰碎砖颗粒除磷实验研究

磷含量过高会导致水体富营养化。人工湿地除磷简单经济，但常用填料砾石除磷能力有限。通过等温吸附实验和人工湿地模型实验研究粉煤灰碎砖颗粒的除磷效果，实验结果表明，Langmuir和Freundlich吸附方程可较好地描述吸附过程，粒径为4～6 mm的粉煤灰碎砖颗粒对磷素的理论饱和吸附量为21 277 mg/kg。当初始溶液...     

模拟煤灰渣垂直潜流人工湿地的除磷性能分析

为确定煤灰渣作为垂直潜流人工湿地基质的可行性,通过静态吸附实验和煤灰渣去除生活污水中的磷素实验,表明煤灰渣对污水中磷素的吸附平衡时间较短,吸附速率较快.当温度降低时,煤灰渣的磷素吸附容量对吸附平衡浓度依赖性和吸附强度随之降低,最大理论吸附容量亦降低 83.10% .在处理0.5 m 3 /(m2·d)的生活污水中,煤灰渣对TP的平均去除率达86.03%,吸附方式包括物理吸附和化学吸附,同时得出煤灰渣最大磷素解析量占最大理论吸附容量的0.73%,在实际人工湿地应用中应注意磷素解析而形成的二次污染.     

不同填料潮汐流人工湿地处理SBR尾水的对比

通过构建室内潮汐流沸石-石灰石混合填料和沸石填料人工湿地装置,探讨了不同基质人工湿地对SBR尾水中污染物的去除效果。结果表明,沸石对NH_4~+-N的吸附能力强,且潮汐间歇运行方式使系统一直保持高效的去除NH_4~+-N的能力,石灰石中Ca、Mg含量高,对P有较好的吸附。潮汐流沸石-石灰石混合填料、沸石填料人工湿地对NH_4~+-N的去除率分别为99.8%、96.7%,对TP的去除率分别为59.6%、24.9%。石灰石呈中性偏碱性,有利于水中硝化菌、反硝化菌和某些异养菌群的生长。潮汐流沸石-石灰石混合填料、沸石填料人工湿地对TN的去除率分别为43.0%、28.0%,对COD的去除率分别为43.4%、36.7%。沸石-石灰石混合填料人工湿地上层基质中微生物量最高,达到20.45 nmol·g-1填料(相当于E.coli大小的细胞2.0×109个)。2组系统中微生物量具有较明显的分层现象,且上层高于下层,这与污染物随水流推流方向的浓度变化一致。     

4种人工湿地填料对磷的吸附特性分析

采用等温吸附、吸附动力学、填料饱和吸附后磷素释放实验,研究了紫色土、河沙、页岩、石灰岩对磷的吸附特征,结果表明Langmuir和Freundlich等温吸附方程均能很好地拟合各填料对磷的吸附特征,各填料对磷的最大吸附量大小顺序依次为石灰岩(666.67 mg/kg)河沙(500.00 mg/kg)页岩(434.78 mg/kg)紫色土(416.67 mg/kg);从反应速率来看,吸附过程都可分为快、中、慢3个阶段;相对一级动力学方程、双常数方程而言,Elovich方程对4种填料的吸附动力学特征拟合最好,决定系数R~2在0.831～0.966之间;从磷的解吸率来看,各填料释磷大小顺序依次为河沙(4.257%)页岩(3.803%)石灰岩(3.638%)紫色土(2.134%)。综合考察得出,石灰岩更适合作为人工湿地污水除磷的填料。     

正反粒径混合级配钢渣灰岩人工湿地处理生活污水的试验研究

构建小试试验研究了正反粒径混合级配填铺与正粒径级配填铺(组合填料为钢渣与灰岩)的垂直潜流人工湿地单元对生活污水中各主要指标的降解效果,同时比较分析了填料填铺方式对缓解人工湿地堵塞问题的影响.结果表明,当原水COD在134.72～653.33 mg/L、NH3-N在42.72～272.60mg/L,TN在107.40～6...     

改性钢渣吸附氨氮和磷的特性研究

利用钢渣与氢氧化铝以4∶3质量配比混合,在700℃下进行2 h煅烧,得到改性钢渣。通过批次吸附实验,研究了改性钢渣在不同初始pH值、振荡时间和温度下对水溶液中氨氮和磷酸根的吸附情况,进而分析了改性钢渣对氨氮和磷酸根的吸附等温线、热力学和动力学特性。结果表明,改性钢渣脱氮除磷能力比原钢渣显著增强,且最适pH值为4～8。改性沸石对氨氮和磷酸盐的吸附均符合Langmuir等温吸附方程,氨氮(以N计)最大吸附量在10、20和30℃下分别为1.67、2.59和3.24 mg/g,磷酸根(以P计)的最大吸附量在10、20和30℃下分别为1.02、1.19和1.37 mg/g。热力学参数ΔG0、ΔH0和ΔS0表明,该吸附是一个自发、吸热、熵增型反应过程,且磷的吸附是化学吸附为主,氨氮的吸附是以离子交换吸附和物理吸附为主。改性钢渣对磷和氨氮的吸附动力学符合伪二级方程(R2>0.999)。     

自制填料与常用湿地填料除磷能力的比较

用石英砂、石灰、水泥和铝粉等材料制作人工湿地填料,并对自制填料、粉煤灰块和钢渣等6种填料的等温吸附特性进行研究,发现自制填料在较低与较高浓度P溶液中吸附率都最高,在P浓度为(10～50 mg/L)时,平均吸附率达96.8%,其次是粉煤灰和钢渣,分别为87.6%和85.4%;填料对P的理论饱和吸附量分别为:自制填料(2 413.6 mg/kg)>粉煤灰块(1 605.8 mg/kg)>钢渣(1 277.5 mg/kg)>碎砖(451.6 mg/kg)>碎石(182.5 mg/kg)>砾石(18.4 mg/kg);填料中金属矿物成分含量高、比表面积大,是除P效果好的原因。     

人工湿地脱氮除磷特性研究

针对流域水体富营养化加剧和二级处理水氮磷指标较高的问题,提出以人工湿地对二级出水继续低耗、理想地脱氮除磷。研究中通过对照不同进水水质条件下,不同结构人工湿地的脱氮除磷效能,探讨了人工湿地内的主要脱氮除磷途径。研究表明,表面流湿地内植物对氨氮吸收／吸附和硝化过程为主要氮转化途径,潜流湿地内直接反硝化过程为主要脱氮途径,脱氮效率30％～40％;磷在人工湿地内主要依赖除磷填料床的物化吸附、共沉淀去除,除磷效率达80％以上。     

水平潜流人工湿地处理太原市城市再生水的运行效能

以山西省太原市某污水厂的高氮低碳尾水为研究对象，开展基于3床并联的水平潜流人工湿地处理尾水的中试研究。研究结果表明，该人工湿地系统启动2个月进入稳定运行期；稳定运行期3个床体的出水水质除TN外其余指标均满足《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中Ⅳ类水体标准，TN指标满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918．2002）中一级A标准，该湿地系统出水可直接用于补充景观用水；稳定运行期3床的植物与基质的配置更适合处理同类尾水，3个床体对各污染物的去除效果均为3床〉2床〉1床；本系统中填料对污染物处理效果的影响大于植物对污染物处理效果的影响，最优填料顺序依次为沸石、砾石和钢渣，最适植物栽种顺序为芦苇、香蒲、美人蕉、黄菖蒲和芦苇。     

人工湿地处理城市污水启动期运行特性

选取4种植物(鸢尾、香蒲、麦冬和美人蕉)和3种基质(炉渣、沸石和砾石),通过植物和基质的不同组合构建了7组潜流型人工湿地,研究不同植物、相同基质及不同基质、相同植物条件下,湿地处理城市污水的启动期运行特性。结果表明,对COD去除率,砾石>炉渣>沸石,美人蕉>鸢尾>香蒲>麦冬;对TN去除率,沸石>砾石>炉渣,美人蕉>香蒲>麦冬>鸢尾;对NH4+-N去除率,沸石>砾石>炉渣,香蒲>美人蕉>麦冬>鸢尾;对TP去除率,炉渣>砾石>沸石,香蒲>美人蕉>鸢尾>麦冬。植物种植前,炉渣、沸石和砾石不同基质湿地的COD去除率没有明显差异;在TN和NH4+-N的去除上,沸石远优于炉渣和砾石。植物种植后,3种基质的TP去除率在10.75%左右。鸢尾、麦冬和美人蕉3种植物湿地的COD去除率随运行历程呈上升趋势,而香蒲由于生长状况不佳,去除率呈下降趋势。美人蕉湿地TN去除率较其它3种植物湿地高,各植物湿地NH4+-N去除率差异不显著。4种植物湿地TP去除率在9.24%左右。     

人工湿地中基质与植物对污染物去除效率的影响

针对太湖五里湖富营养化水体，采用中试规模的人工湿地现场实验开展了不同基质、不同植物的污染物去除效果研究。基质采用炉渣和沸石2种，在一个湿地池种植单一植物茭白，另一个湿地池种植鸢尾＋菖蒲混合植物，同时构建了无植物的对照组湿地。研究表明：（1）在运行初期，沸石和炉渣2种基质对TN、TP的去除率差异为12.5%和12.6%，吸附饱和后，2种基质对TN和TP的去除率差异缩小为3.2%和6.1%，从长期运行来看，炉渣和沸石2种基质在人工湿地中的去除效率差异将减小；（2）茭白单一植物湿地对污染物的去除率与鸢尾＋菖蒲混合植物湿地对污染物的去除率两者之间差异不大；（3）人工湿地种植植物后对TN、TP的去除率比无植物状态时分别高出13.6%和19.5%，植物在人工湿地中对污染物的去除发挥了重要作用；（4）在本试验条件下，茭白吸收所去除的氮数量为湿地氮总去除量的8.95%，茭白吸收去除磷的数量为湿地磷总去除量的20.16%，在人工湿地中，茭白吸收对磷的去除效率比对氮的去除效率高。     

垂直流人工湿地系统对污水磷的净化效果

用煤灰渣人工土壤和风车草组成的垂直流人工湿地系统对化粪池出水中总磷和无机磷的去除率分别达到75 %— 92 %和 73%— 92 % ,其处理出水中总磷和无机磷浓度大部分低于 1mg/L ,达到了城市污水二级生化处理的二级排放标准。垂直流煤灰渣人工湿地系统对磷的去除作用主要有 :物理作用、化学吸附与沉淀作用和微生物同化作用以及植物摄取等作用 ,其对化粪池出水中总磷的去除率分别为 2 2 .8%、5 0 %— 6 5 %和 1%— 3%。     

不同因素对人工湿地基质脱氮除磷效果的影响

在人工配制的污水中投入一定量的基质,不同条件下振荡培养,评价沸石、炉渣和陶瓷滤料3种基质在不同因素影响下对氨氮(NH4+-N)和总磷(TP)的吸附能力。结果表明,不同吸附时间时,沸石对NH4+-N的吸附效果最好,陶瓷滤料对TP的吸附效果最好;进水浓度对沸石吸附NH4+-N的影响较大,其吸附量随进水浓度的增大而增大,进水浓度对炉渣和陶瓷滤料吸附NH4+-N及炉渣吸附TP影响不大;3种基质对NH4+-N和TP的吸附量均是随吸附剂量的增加而降低,要达到较好的去污效果,应根据实验结果考虑基质投入量;pH值对沸石吸附NH4+-N影响显著,pH值6～7范围内吸附效果最好,pH值8～12的碱性条件有利于基质对TP的吸附。     

不同基质在人工湿地脱氮中的应用及其研究进展

在比较了不同基质脱氮效率的基础上,认为基质作为人工湿地的重要组成部分,在为植物和微生物提供生长介质的同时,也能通过沉淀、过滤和吸附等作用直接去除污染物质,其中基质的类型、级配等因素会影响基质作用的发挥;不同基质对脱氮性能存在较大差异,沸石和蛭石是目前研究中脱氮效率较高的两种基质。在归纳了脱氮机制和影响因素的基础上,认为不同基质由于脱氮机制不同,脱氮性能和脱氮效率也存在较大差异;人工湿地基质所有理化性状都可能影响到它对污水的脱氮效率。最后,对今后的相关研究方向进行了展望。     

矿渣制备的无机复合絮凝剂在城市污水深度除磷中的应用

以制铝矿渣及铝土矿制备的无机复合絮凝剂进行污水深度除磷研究。在模拟废水条件下,确定了自制絮凝剂除磷的最佳pH为8、最佳投加量0.08 g/L及最佳水力条件(快速搅拌30 s、转速200 r/min;慢速搅拌15 min、转速20 r/min);然后将其用于处理生活污水站二级出水,TP、TN、COD、NH3-N和浊度去除率分别为94.69%、62.78%、78.93%、47.94%和89.30%,优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B标准,自制絮凝剂除磷效果优于常用市售絮凝剂PAC(TP去除率91.73%);自制絮凝剂的除磷机理主要以沉淀和电性中和作用为主,以吸附架桥和网捕卷扫作用为辅。     

基于新型有机多孔复合基质的生物系统去除污染水体中的氮磷

针对太湖入湖河道污染水体中的氮磷超标问题,以海绵铁、沸石、砾石和土壤为基质,采用动态吸附+生物法,对氮磷开展基于新型有机多孔复合填料的去除效果研究,结果表明,生物系统中的新型有机多孔复合基质在空间上形成了好氧-缺氧微环境,获得了较好的同步硝化-反硝化效果;通过正交实验确定流量0.00075 L/s,曝气时间24 h,pH值7,曝气量20 L/min为去除氮磷的最优条件;相对一级动力学方程、双常数方程而言,Elovich方程对3种填料的吸附动力学特征拟合最好,决定系数R2在0.81～0.92之间。通过平均去除效果较优分析,好氧条件下,NH3-N平均去除70.6%,TP平均去除81.2%;厌氧条件下,TN平均去除62.4%,COD平均去除42.6%;NH3-N、TP、TN和COD的最低浓度分别为0.75、0.095、1.1和18.3 mg/L,综合考虑主要污染物的去除效果和经济效益,本项新型有机多孔复合填料结合生物系统适宜去除河原平网地区污染水体中的氮磷。     

Studies on the phosphorus sorption capacity of substrates used in constructed wetland systems

Langmuir sorption isotherm was used to screen various substrates for use in removing phosphorus (P) in constructed wetlands (CW). The nine tested substrates included four sands, two soils, bentonite, and two industrial by-products of furnace slag and fly ash. Results showed that the furnace slag had the highest P sorption capacity (8.89 g Pk g(-1)), followed was the fly ash (8.81 g P kg(-1)), and that of sand II was the lowest. Different kinds of sands also showed varying P sorption capacity (0.13-0.29 g P kg(-1)). P sorption capacity was influenced by both the physico-chemical characteristics of the substrates and the amount of organic matter (OM) added. Lifetime of sand II for P sorption estimated by Langmuir P sorption maximum was up to only 9 months in full-scale systems, while that of furnace slag could be used for up to 22 yr. Furnace slag has great potential as a CW substrate, due to its high P sorption capacity. The expected lifetime of constructed wetlands for P removal is strongly influenced by the choice of adsorbing substrate.