Zn系LDHs覆膜改性人工湿地沸石基质除磷机制

选择Zn系层状双金属氢氧化物(LDHs),采用水热-共沉淀法合成3种不同类型的Zn-LDHs(Fe Zn-LDHs、Co Zn-LDHs和Al Zn-LDHs)并覆膜于常用人工湿地沸石基质表面;利用模拟垂直流人工湿地小试系统,对原始沸石及3种Zn-LDHs覆膜改性沸石基质进行除磷净化实验、等温吸附-解吸实验以及动力学吸附实验,通过上述实验对以Zn-LDHs覆膜改性沸石基质为代表的改性基质除磷机制进行研究.结果表明,Zn-LDHs覆膜改性沸石基质对磷素净化效果具有明显的提升功能,其中以Fe Zn-LDHs覆膜改性基质尤为突出;改性使基质的饱和吸附容量得以提高,增强了基质对磷酸盐的解吸性能,并使沸石基质对磷酸盐的主要吸附类型由物理吸附向化学吸附转换;通过对沸石基质类型及其改性方式的合理选择,可达到利用沸石人工湿地强化除磷以高效净化富营养化水体的目的.     

层状双金属氢氧化物覆膜改性人工湿地无烟煤基质除磷

分别选取MgCl2、ZnCl2、CaCl2、CoCl3、FeCl3、AlCl3等6种金属化合物合成9种不同类型层状双金属氢氧化物(LDHs),利用其对垂直流人工湿地无烟煤基质进行LDHs覆膜改性;构建模拟基质试验柱,对改性前后的无烟煤基质进行模拟垂直流人工湿地净化污水试验.结果表明:相对于原始无烟煤基质,各种LDHs覆膜改性基质对总磷、溶解性总磷、颗粒态磷和磷酸盐的去除率均有不同程度的提高;Zn2+参与合成的改性基质对总磷、溶解性总磷、颗粒态磷和磷酸盐均有很好的去除效果,其中ZnCo-LDHs和ZnAl-LDHs改性基质对总磷和溶解性总磷的平均去除率超过95%,对磷酸盐平均去除率达到98%以上.     

不同类型LDHs对垂直流人工湿地无烟煤基质的覆膜改性及其脱氮效果研究

选取垂直流人工湿地无烟煤基质,采用不同类型金属化合物(CaCl2、ZnCl2、MgCl2、FeCl3、AlCl3、CoCl3)两两组合方式,在碱性环境下共沉淀生成9种不同类型的层状双金属氢氧化物LDHs并覆膜于基质表面;构建基质试验柱,分别对未改性及9种LDHs覆膜改性无烟煤基质进行模拟垂直流人工湿地脱氮效果研究.结果表明,9种不同组合方式生成的LDHs均能有效地进行无烟煤基质覆膜改性;Mg2+参与合成的改性基质对TN和氨氮均有很好的去除效果,其中MgCo-LDHs改性基质对TN的平均去除率超过80%,对氨氮的平均去除率达到了85%;Mg2+和Fe3+参与合成的改性基质对氨氮的去除效果优良,其中CaFe-LDHs和MgFe-LDHs改性基质的平均去除率达到了85%以上.     

人工湿地常用生物陶粒基质LDHs覆膜改性及其除磷效果研究

分别利用3种二价金属化合物和3种三价金属化合物,采用水热共沉淀法在碱性条件下对人工湿地中常用的生物陶粒基质进行层状双金属氢氧化物(LDHs)覆膜改性,并将9种不同类型的LDHs覆膜改性生物陶粒基质和普通生物陶粒基质分别填充于10个垂直流人工湿地模拟实验柱中,进行除磷净化实验.结果表明,9种不同类型的改性生物陶粒基质均能有效提高磷素的净化效果;Zn系LDHs改性生物陶粒对总磷、溶解性总磷、磷酸盐均有很好的处理效果,其中Zn Fe-LDHs、Zn Co-LDHs和Zn Al-LDHs对总磷的平均去除率均在92%以上,对溶解性总磷和磷酸盐的平均去除率均超过95%;其对磷素的净化机理主要集中于物理化学作用,同时还应与其对微生物生长的促进作用有关.     

垂直流人工湿地MgFe-LDHs覆膜改性基质净化效果研究

选取生物陶粒、无烟煤、沸石3种垂直流人工湿地常用基质,采用金属摩尔比(M2+ : M3+)为2:1的MgCl2溶液和FeCl3溶液在碱性条件下共沉淀即时生成MgFe-LDHs,并将其覆膜于所选3种垂直流人工湿地基质表面;构建模拟基质试验柱,对改性前后的6种基质进行垂直流人工湿地模拟柱净化受污染湖水的小试试验,并进行对比分析.结果表明:该种针对垂直流人工湿地典型基质的MgFe-LDHs覆膜改性方式可行;改性后的3种基质对CODCr、氨氮、总磷的净化效果均有不同程度的提高;其中,无烟煤基质的覆膜改性性能最优,改性后的无烟煤基质对CODCr、氨氮、总磷的平均去除率分别超过了80%、60%和90%.     

不同合成条件对ZnAl-LDHs覆膜改性生物陶粒除磷效果的影响

采用3种Zn~(2+)/Al~(.+)金属浓度比的ZnCl_2和AlCl_3溶液,在两个不同pH值条件下,利用水热-共沉淀法对生物陶粒基质进行层状双金属氢氧化物(LDHs)覆膜改性.将生成的不同类型ZnAl-LDHs覆膜改性基质与原始生物陶粒基质分别填充于实验柱中,构建模拟垂直流人工湿地小试系统;对改性前后的7种基质进行磷素净化效果、等温吸附实验和解吸附实验研究,通过实验数据结合主成分分析,探讨ZnAl-LDHs覆膜改性生物陶粒除磷效果提升的影响因素.结果表明,pH=11的ZnAl-LDHs改性方式对磷素净化效果具有更为明显的提升功能;其中ZnAl-LDHs(pH=11,1∶1)改性生物陶粒基质相比于原始基质,对TP、TDP、SRP平均去除率的增幅超过70%,其最大理论吸附量达到原始生物陶粒的3倍.合成ZnAl-LDHs时的pH值和Zn~(2+)/Al~(3+)金属浓度比对改性生物陶粒的结构形态与覆膜效果有着不同程度的影响,其中合成时的pH值是ZnAlLDHs覆膜改性生物陶粒除磷效果的主要影响因素.通过合理调控制备ZnAl-LDHs覆膜改性生物陶粒时的pH值及Zn~(2+)/Al~(3+)金属浓度比,可以达到有效提高ZnAl-LDHs覆膜改性生物陶粒除磷效果的目的.     

不同基质的人工湿地去除猪场沼液中磷的性能

以猪场沼液为研究对象,通过静态吸附试验研究沸石、硅藻土、煤渣、铁粉、石英砂5种基质对磷的等温吸附特征,并采用一级和二级动力学模型分析吸附动力学过程。根据试验结果,构建了4种人工湿地单元研究人工湿地对猪场沼液处理效果及对高浓度沼液的抗冲击能力。结果表明,5种基质对总磷的吸附更符合非线性Langmuir方程。准二级动力学方程更能描述各种基质对总磷的动力学吸附过程。沸石对磷的最大饱和吸附量1.868 mg/g,对磷去除率最高,可达到96.01%。沸石-垂直流人工湿地在构建的4种人工湿地单元中具有最强抗冲击能力。     

不同类型LDHs覆膜改性人工湿地生物陶粒基质脱氮效果研究

在碱性条件下采用水热-共沉淀法,对二价金属化合物CaCl2、MgCl2、ZnCl2与三价金属化合物FeCl3、AlCl3、CoCl3按两两组合方式生成9种不同类型的LDHs,并分别对人工湿地常用的生物陶粒基质进行覆膜改性;构建模拟基质试验柱,对改性前后的生物陶粒基质进行城市污水的脱氮净化效果研究.结果表明,相对于原始生物陶粒基质,大多数改性基质对CODCr、总氮和氨氮的去除效果均有不同程度的提高,经所有基质处理后的出水中硝态氮浓度均呈上升趋势;Zn2+参与合成的LDHs改性基质对总氮、氨氮有较好的处理效果,其中ZnFe-LDHs和ZnCoLDHs对TN的去除率接近60%,对氨氮的去除率超过92%,这两种改性基质对污水中的氨氮转化为硝态氮具有促进作用.     

人工湿地中磷的行为及其去除方法研究

人工湿地中磷是通过基质、微生物和植物的共同作用去除的,其中基质对磷的吸附和沉淀是人工湿地除磷的主要方面.构筑两个以碎石和细砂为填料的人工湿地模拟单元,一个种上芦苇,另一个不种任何植物,研究湿地对磷的处理效果.前期试验表明,种芦苇的湿地总磷去除率可以达到92%,其中,总磷的67.35%在湿地上部就得以去除,有相当一部分磷是由湿地中植物、微生物和基质的协同作用加速去除的.最后对人工湿地除磷存在的主要问题及对策进行了探讨.     

改性沸石湿地脱氮除磷效能及机制

为明确改性沸石湿地对分散性农村生活污水中氮磷的去除效能,并探索其脱氮除磷机制,将改性沸石作为折流湿地填料层填料,应用于厌氧折流板反应器(ABR)+折流湿地(BFCW)组合工艺,为苏州市农村生活污水处理提供新途径.结果表明,改性沸石湿地对氮磷去除良好且稳定,脱氮量和除磷量较沸石湿地分别增大1.8%和1倍多.湿地主要通过填料的吸附截留作用脱氮除磷,以Ca-P和Al-P为主要沉淀磷素形式,植物的泌氧和吸收作用有助于稳定出水水质.湿地前端和后端分别以填料的吸附截留作用和微生物的硝化反硝化作用为主要脱氮途径.改性过程对沸石磷素吸附沉淀性能的大幅提升是在多重途径的协同作用下实现的,湿地构型和植物根系的影响是造成相同区域填料氮磷截留量差异的主要原因.硝化作用强度的高低是改性沸石湿地脱氮效果及稳定性季节性波动的主因.     

铝污泥酸化提取液改性沸石的除磷特性及机制

为了提高沸石的除磷能力并降低改性成本,以给水厂铝污泥为铝源,采用酸化提取液合成层状双氢氧化物(LDHs)覆膜于沸石表面制备改性沸石,分别测定原沸石、Al-Zn改性沸石及铝污泥改性沸石的表面特性和化学组分,分析等温吸附及吸附动力学特性,探讨铝污泥改性沸石的除磷性能及除磷机制.结果表明,最佳酸化提取条件为60 min、150 r·min~(-1)和p H1. 0,该条件下1 g铝污泥(干重)可提取77 mg的铝;改性沸石的饱和吸附容量和解吸性能较原沸石显著提高,尤其是铝污泥改性沸石,其理论最大吸附量从30. 24 mg·kg~(-1)提升至170. 40 mg·kg~(-1);改性使得沸石对磷酸盐的主要吸附类型由物理吸附向化学吸附转变.以铝污泥为铝源改性沸石能有效地提高其对磷酸盐的吸附能力及再生能力,在降低磷浓度过高引发的水体富营养化风险的同时,实现以废治废的目的.     

表面活性剂改性沸石对水中酚类化合物吸附性能研究

使用表面活性剂对2种粉煤灰合成沸石进行改性处理,研究改性沸石对酚类化合物（苯酚、对氯酚和双酚A）的吸附特性.吸附试验结果表明,合成沸石经过阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵改性后,对酚类化合物的吸附性能均有大幅提升,吸附等温线模型均较符合Langmuir模型.2种改性沸石对酚类化合物（苯酚、对氯酚和双酚A）的Langmuir理论最大吸附量分别可达37.7、52.36、90.9 mg.g-1和10.71、22.83、56.8 mg.g-1.当溶液pH值高于酚类化合物的解离系数pKa时,吸附效果随pH升高而增加.结果还表明,酚类化合物的疏水性（辛醇/水分配系数Kow）越强,改性沸石的吸附能力也越高.     

两种碳酸系Fe-LDHs负载改性沸石对Cd(Ⅱ)吸附特性对比研究

为提升以沸石为代表的天然吸附材料对重金属污染物吸附效果,并将新型功能材料层状双金属氢氧化物（layered double hydroxides,LDHs）有效应用于实际工程,采用水浴-共沉淀法制备两种Fe系碳酸型LDHs即时负载于沸石填料表面,利用场发射扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对改性前后的沸石表面形态、化学成分和晶体结构进行表征;通过等温吸附及解吸附、吸附动力学、吸附热力学、竞争离子吸附和不同pH吸附试验,对比原始及改性沸石对Cd（Ⅱ）的吸附效果及其作用机理.结果表明:①改性沸石对Cd（Ⅱ）的吸附过程更符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型.②相较于原始沸石,两种改性沸石对Cd（Ⅱ）的吸附性能明显提升,且MgFe-LDHs负载改性沸石理论最大饱和吸附容量更高.③沸石改性后对Cd（Ⅱ）的吸附由放热过程变为吸热过程.④吸附时间、竞争离子及pH对沸石吸附Cd（Ⅱ）的效果产生不同程度的影响.研究显示,MgFe-LDHs负载改性沸石最大饱和吸附容量显著提升,吸附能力更强,且在不同条件下均表现出优良的吸附特性,具有作为高效除镉填料的潜力.      

磁性Mg/Al-LDHs制备条件对其吸附除磷性能的影响

为提高粉末状水滑石吸附剂的工程应用性,采用共沉淀法制备了磁性Mg/Al水滑石(Layered Double Hydroxides,LDHs).结合XRD、FTIR、SEM及VSM等材料表征结果,考察了制备条件(磁基质投加量、金属物质的量比和层间阴离子)对其吸附除磷性能、磁学性能及结构特征的影响.结果表明,在Fe_3O_4与Mg~(2+)物质的量比为0.02、Mg/Al物质的量比为2∶1和层间阴离子为Cl~-/OH~-的条件下制备出的磁性Mg/Al-LDHs对TP吸附性能最好,平衡吸附量可达49.60 mg·g~(-1);比饱和磁化强度为2.78 emu·g~(-1),能够实现吸附剂的快速高效磁分离回收.层间阴离子种类对水滑石焙烧前后吸附除磷性能有一定的影响:经高温焙烧后,层间含有CO■的水滑石吸磷能力虽有所提高,但仍低于无CO■型LDHs.因此,在水滑石制备过程中避免使用碳酸盐作为共沉碱原料,这样无需焙烧即可获得较高吸磷能力的吸附剂.