几种人工湿地基质净化磷素污染性能的分析

通过基质磷素等温吸附、净化磷素污染效果和基质磷素饱和吸附后磷素释放实验,研究了砂子、沸石、蛭石、黄褐土、下蜀黄土、粉煤灰和矿渣7种人工湿地基质净化磷素污染效果和影响因素,并评价了基质磷素饱和吸附后磷素释放可能造成的二次污染风险结果表明:Freundlich和Langmuir等温吸附曲线方程均能很好地描述上述基质磷素吸附过程,其磷素理论饱和吸附量依次为矿渣＞粉煤灰＞蛭石＞表土＞下蜀黄土＞沸石＞砂子.磷素的净化能力依次为矿渣＞粉煤灰＞蛭石＞表土＞下蜀黄土＞沸石＞砂子,模拟污水磷素净化实验也证实矿渣、粉煤灰、蛭石净化磷素污染效果较好,表土和下蜀黄土次之,沸石和砂子净化磷素污染效果较差.矿渣和粉煤灰等钙素含量较高的碱性基质,影响磷素吸附净化效果的主要因素是基质的全钙含量,碱性条件下,基质全钙含量越高,其吸附的磷素越多,净化磷素污染的效果越好.砂子、沸石、下蜀黄土、黄褐土和蛭石等活性胶体氧化铁铝含量较多的中性基质,影响其磷素吸附净化效果的主导因素是其胶体氧化铁的含量,胶体氧化铁能促进基质吸附磷素效应,提高磷素净化能力.基质磷素饱和吸附后磷素释放实验也表明:除砂子基质磷素释放比例较高以外,其它基质磷素释放的比例很低,加强人工湿地基质的管理,上述人工湿地基质一般不会对水体环境造成二次污染.     

钢渣对水体中磷的去除性能及机制解析

针对不同类型钢渣在除磷过程中存在的显著差异,以电炉渣为研究对象,探讨了环境因素（吸附时间、吸附温度）对钢渣除磷的影响,验证了其对磷酸盐、焦磷酸盐及实际水体的除磷效果,联合采用扫描电镜（SEM）、能量色散X射线能谱（EDS）、X射线荧光光谱（XRF）和X射线衍射光谱（XRD）技术探究其除磷机制,对比分析了钢渣与陶粒和沸石的除磷效率,并对钢渣除磷的安全性能进行了评估.结果表明,吸附时间显著影响钢渣除磷效果,当吸附时间为30 min时钢渣对质量浓度范围为1~20 mg·L^-1的磷酸盐溶液的去除率均可达到97%以上.温度对实验所用钢渣的除磷效果影响并不显著.钢渣对焦磷酸盐吸附能力弱于正磷酸盐,其对初始质量浓度为3 mg·L^-1的焦磷酸盐的去除率为82.45%.光谱分析结果表明,钢渣除磷的主要机制为化学吸附并辅以物理吸附,CaHPO₄·2H₂O为主要沉淀物质.钢渣对生物池出水和湿地系统中的磷素去除效果显著,总磷去除率分别为98.36%和93.33%.对比可知,钢渣对磷酸盐的去除效果优于陶粒和沸石,其对PO₄^3-的去除率分别为96%、40%和10%.钢渣浸出液中各重金属含量均符合地表水Ⅰ类标准要求,钢渣安全可靠.     

垂直流人工湿地系统基质优化级配研究

选取生物陶粒、无烟煤、沸石、钢渣和蛭石为基质,按不同的级配方式填充成基质柱,进行垂直流人工湿地模拟柱净化污水实验.研究表明,粒径分层级配基质对COD的去除率均高于单一粒径基质,其中分层生物陶粒对COD的平均去除率高达72.91%.分层沸石对总氮的净化能力较单一粒径基质有所提高,平均去除率高达91.23%.填充了生物陶粒、沸石和无烟煤的模拟柱对有机物和氮的净化效果和单一基质没有显著性差异(p0.05).填充钢渣和无烟煤的模拟柱出水pH值均在正常范围内,但是除从上到下依次填充无烟煤、蛭石和钢渣的基质柱外,其它填充钢渣和无烟煤的模拟柱对磷素的净化能力都低于单一基质.种植植物对净化效果没有明显影响.在垂直流人工湿地中,针对水质特点选择高效的级配基质,如分层生物陶粒、分层沸石、分层无烟煤以及生物陶粒、沸石和无烟煤组合,在高水力负荷条件下可获得更好的处理效果.     

处理含油地表水体的潜流湿地填料筛选及其性能评价

采用包括填料表面微观特征、元素构成、吸附性能、微生物附着生长性、经济性等因素的填料性能评价方法,对处理含油地表水的潜流湿地填料进行评价与筛选.静态吸附试验表明,各种填料对磷的吸附能力为炉渣＞陶粒＞沸石＞砾石＞砖块＞卵石,对石油类的吸附能力为炉渣＞陶粒＞砖块＞沸石＞砾石＞卵石;动态吸附试验表明,各种填料床对石油类的去除效果为炉渣床＞砾石床＞湖泊底泥床;放置在污染水体中的填料表面微生物总数和烃降解菌数量为砖块＞沸石＞砾石,陶粒和炉渣＞卵石.根据上述评价结果,选择总体性能较好的砾石、炉渣、砖块和沸石作为潜流湿地现场试验系统的填料.     

几种人工湿地基质对磷素的吸附作用研究

从吸附动力学角度出发,研究了干渣、沸石、页岩陶粒和白云石四种基质对水体中磷素的吸附作用,结果表明,干渣对磷素的吸附量最大,其次是沸石和页岩陶粒,白云石对磷素的吸附量最小。作用48h后,干渣对磷素的吸附量分别是沸石、页岩陶粒和白云石的3.9倍、6.7倍和11倍。一级动力学方程、Elovich方程和双常数速率方程均能很好地描述人工湿地基质对磷素的等温吸附动力学特征,但从相关系数来看,Elovich方程的描述更为准确。四种基质对磷素的吸附速率依次为:干渣>页岩陶粒>沸石>白云石。     

净水除磷基质的综合筛选与长效建模预测

为筛选效果好且长效的除磷基质,选取电气石陶粒、赤泥陶粒、凹凸棒石、硅胶、海绵铁、活性炭、火山岩、沸石8种基质进行磷静态吸附试验,优选3种基质进行单基质柱状除磷渗流试验和微观结构表征,获取基质的除磷特征,并依据渗流试验数据建模预测长效除磷效果.结果表明:8种基质对磷的吸附能力差异较大,其中电气石陶粒、赤泥陶粒、沸石吸附能...     

人工湿地系统中填充基质对磷的吸附能力

人工湿地中填充基质对磷的吸附、沉淀作用是湿地系统的主要除磷机制,探明基质对磷的吸附能力对人工湿地系统设计至关重要. 分别利用吸附试验和柱吸附试验考察了宝钢钢渣、首钢钢渣、水淬渣和陶粒4种基质对磷的吸附能力,同时进行了浸出液毒性鉴别试验. 吸附试验表明,基质对磷的吸附符合Langmuir和Freundlich模型(R2为0.956～0.989),采用Langmuir模型预测的基质磷吸附量为2.274～3.637 mg/g. 在为期144 d的柱吸附试验中,填充宝钢钢渣和首钢钢渣的试验柱对磷有良好的去除效果,而填充水淬渣和陶粒的试验柱在90 d左右达到吸附饱和状态.在试验期内,基质的累积磷吸附量:宝钢钢渣为7.921 mg/g,首钢钢渣为7.495 mg/g,水淬渣3.317mg/g,陶粒为1.627 mg/g. 浸出液毒性鉴别试验表明,4种基质均有较高的环境安全性,由于2种钢渣和水淬渣具有较高的磷去除效率和便宜的价格,在湿地系统中具有广泛的应用价值.      

几种基质对水中磷的吸附特性

选取钢渣、活性炭、天然沸石、粗砂4种基质,结合矿物成分分析研究其对磷的等温吸附特征和吸附动力学过程,并考察pH值对其吸附磷的影响.结果表明:活性炭、天然沸石、粗砂的等温吸附特征与Freundlich方程拟合较好(r>0.9);而钢渣更符合Langmuir方程.其吸附能力大小为:钢渣>活性炭>沸石>粗砂.沸石、粗砂对磷酸盐的吸附以物理吸附为主,钢渣以化学吸附为主,而活性炭在前期以物理吸附为主,后期则以化学吸附为主.Elovich方程和双常数速率方程能较好的反映4种基质对磷的吸附动力学特征.pH值的变化对钢渣的吸附性影响不大,沸石在酸性及弱碱性条件下对磷的吸附性相当,活性炭在pH3~13吸附量维持在190mg/kg左右,粗砂在pH3时吸附量达最大,综合而言,在土地处理系统的实际应用中,选取钢渣可获取最佳的除磷效果.     

沸石、钢渣组合填料对氨氮和磷的定量去除研究

试验研究基于沸石和钢渣分别对城市二级出水中残留氨氮和正磷酸盐的吸附效能,构建混合配比填料装置,实现对城市二级出水中氨氮和磷的深度、定量去除。研究表明,Freundlich和Langmuir模型均能较好地拟合沸石和钢渣分别对氨氮、磷的吸附,沸石和钢渣分别对氨氮和磷的吸附具有相似的动力学特征。钢渣和沸石分别对一定浓度的磷和氨氮的吸附速率趋于定值,在由此构建的混合配比填料装置的试验周期内,出水N/P控制在一定范围内,故表明混合一定配比的氨氮和磷的吸附功能性填料,可达到深度、定量去除城市二级出水中氨氮和磷的目的。     

几种人工湿地基质净化磷素的机理

研究了砂子、沸石、蛭石、黄褐土、下蜀黄土、粉煤灰和矿渣7种人工湿地基质材料净化污水磷素的机理,并初步评价了其作为人工湿地基质可能导致的磷素二次污染的风险.结果表明,矿渣、粉煤灰有很好的磷素去除效果,蛭石、黄褐土和下蜀黄土次之,沸石和砂子的去除效果较差.上述人工湿地基质净化磷素的机理主要为化学机理,表现为基质全钙、氧化钙、水溶性钙的含量越高,其固定形成的磷酸钙盐越多,在pH值较高的情况下,主要形成难溶性的磷酸八钙和磷酸十钙,有利于磷素的净化;基质中游离氧化铁、铝和胶体氧化铁、铝含量越高,其固定形成的磷酸铁盐和磷酸铝盐数量越多,基质净化磷素的能力越强.除砂子外,上述基质磷素饱和吸附后,磷素释放比例很低.加强人工湿地基质管理,其基质吸附的磷素一般不会对水体环境造成二次污染.     

垂直流人工湿地不同填料长期运行效果研究

在高水力负荷(2400~3400mm/d)条件下,以沸石、无烟煤、页岩、蛭石、陶瓷滤料、砾石、钢渣和生物陶粒为填料,进行垂直流人工湿地模拟柱净化污水实验(历时25个月).结果表明,随着系统的运行,各填料对COD的去除能力均有不同程度提高.沸石对污水中氮素的处理能力保持在较高的水平,对TN和NH4+-N的平均去除率分别高达82.03%和91.32%.钢渣对TP和可溶性反应磷(SRP)的平均去除率分别高达89.61%和96.77%,且净化效果稳定;无烟煤第2阶段对磷素的净化能力低于钢渣,之后与钢渣无显著性差异.在垂直流人工湿地中,针对水质特性选择长期高效的填料,如沸石、无烟煤和生物陶粒,在高水力负荷条件下可获得更好的处理效果.     

人工湿地填料对磷的吸附特性及预期使用年限

试验研究了粗砂、石灰石、钢渣、砂土、页岩、褐铁矿(2Fe2O33H2O)、磁铁矿(Fe3O4)等湿地填料对磷的等温吸附特性。结果表明,Freundlich和Langmuir都能描述上述填料对磷的吸附过程。粗砂、石灰石、钢渣、砂土、页岩、褐铁矿、磁铁矿对磷的理论饱和吸附量分别为18.66mg/kg,80.65mg/kg,1428.6mg/kg,34.84mg/kg,34.97mg/kg,71.94mg/kg和384.6mg/kg。影响填料吸附性的化学成分为Ca,Fe,Al,Mg和Mn。此外分析了填料对磷的吸附机理,预测了钢渣的预期使用年限为14年。     

不同基质组合对氮磷吸附能力的研究

就地利用菜地改建小型湿地系统可能是实现农村生活污水消纳和资源化利用的一种有效途径,其中菜园土与吸附基质的组合直接关系水体污染物中氮磷的净化效果. 选取沸石、谷壳、活性炭、陶粒和菜园土作为试验基质,使用BET比表面积孔径分析仪、扫描电子显微镜和Ｘ射线衍射仪(EDX)对其进行表征,通过等温吸附试验分别筛选出对氮磷吸附效果较好的沸石和陶粒,设置菜园土∶陶粒∶沸石质量占比基质组合:F1(10∶0∶0)、F2(6∶2∶2)、F3(8∶1∶1)、F4(8∶2∶0)、F5(8∶0∶2)、F6(6∶1∶3)和F7(6∶3∶1). 在低、中、高3种氮磷浓度下,通过吸附动力学试验筛选出去除效果最好的基质组合. 结果表明:①5种单一基质中,活性炭、陶粒的比表面积(35.72、33.23 m2/g)和微孔体积(2.20×10?1、8.25×10?2 cm2/g)均较大;沸石和陶粒表面呈粗糙多孔结构. ②Freundlich和Langmuir等温吸附模型均能较好地拟合5种单一基质对氮磷的吸附,各基质对氮的饱和吸附量表现为沸石(2.00 mg/g)>陶粒(1.47 mg/g)>菜园土(1.17 mg/g)>活性炭(0.99 mg/g)>谷壳(0.21 mg/g),对磷的饱和吸附量表现为陶粒(1.28 mg/g)>活性炭(1.25 mg/g)>沸石(1.16 mg/g)>谷壳(0.80 mg/g)>菜园土(0.50 mg/g). ③7种基质组合对氮磷吸附具有相似的动力学特征,Elovich模型、双常数速率模型和一级反应动力学模型均能较好地模拟基质组合对不同污染负荷条件下氮磷的吸附规律. ④7种基质组合对氮磷的吸附速率均呈现先快后慢的趋势,最终于12~48 h趋于稳定. 研究显示,F2、F4和F7基质组合对氮磷的去除效果均较好,但考虑菜地改造的简易性和可操作性,F4为最佳基质组合,其在3种不同氮磷浓度下对氮、磷的吸附量分别为0.36~0.68和0.10~0.39 mg/g.      

人工湿地基质磷吸附特性与其物理化学性质的关系

对9种垂直流人工湿地基质进行了对磷的等温吸附试验.结果表明,在溶液磷浓度为100～500mg/L条件下,9种基质中以草炭的吸附量为最高,达到2439.56mg/kg;砾石的吸附量最低,仅为188.67mg/kg;其余基质表现出高炉渣土>高炉渣>煤灰渣土>耕层土>煤灰渣>中粗砂土>中粗砂的规律.供试基质的容重和密度与磷吸附量呈极显著性负相关关系;基质的颗粒直径D₈₀和不均匀系数K₈₀与磷吸附量呈显著性正相关关系.基质的CEC、有机质、有效Fe和交换性Al的含量与磷吸附量呈极显著性正相关关系;pH值与磷吸附量呈极显著性负相关关系.     

潜流人工湿地填料筛选及其对小城镇微污染水的修复性能评价

为了选择适合小城镇潜流人工湿地的填料,选取小城镇较为常见的材料(废砖、卵石、碎石),结合物化性质,研究25℃下填料对磷的吸附效果,并分析了填料种类对野外潜流人工湿地运行的影响。结果表明:(1)25℃时,3种填料对磷的吸附量随着溶液中初始磷浓度的增加而增加,吸附能力依次为废砖>碎石>卵石;(2)野外潜流人工湿地运行过程中,随HRT的延长,组合填料湿地WL1和废砖填料WL2湿地对总磷的净化效果有所提高,且WL2湿地对总磷的去除效果略优于WL1。因此,可以选择废砖作为小城镇潜流人工湿地系统的填料。