人工湿地基质除磷机理及影响因素研究

磷是湖泊富营养化的主要诱导因素之一,如何有效控制湖泊的磷负荷显得至关重要。文章总结了人工湿地基质除磷的相关机理,包括化学作用,微生物作用和物理作用。通常情况下,认为化学作用是湿地基质最主要的磷去除途径。另外,文章也分析了人工湿地基质除磷的主要影响因素,并对基质除磷的研究前景进行了展望。     

人工湿地除磷存在的问题及其对策探讨

人工湿地是20世纪七八十年代发展起来的一种污水生态处理技术,能高效去除有机污染物,氮、磷等营养物,近年来得到了广泛的应用。对磷的去除不同于常规化学除磷或生化处理工艺,而是集物理化学法和生物法于一体,即通过基质、水生植物及微生物的协同作用完成。基质容易达到饱和是人工湿地除磷面临的主要问题,进水水质、水力条件、温度变化等条件也不同程度影响人工湿地的除磷效果。针对以上问题,提出了相应对策,以实现人工湿地除磷系统的稳定运行。     

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.     

唐山市南湖湿地水体富营养化治理研究

以芦苇作为人工湿地植物,土壤为基质建立人工湿地,采用人工湿地控制试验的方法深入研究了芦苇和湿地基质对唐山人工湿地南湖污水中氮磷的净化能力以及氮、磷在芦苇根、茎、叶的时空分布和动态变化,实验结果表明：芦苇湿地对污水中的氮、磷的净化效果十分明显,在一个月内对污水中TN的平均去除率可达到61.99%,TP平均的去除率可达51.97%,其中基质吸附和植物吸收作用是湿地脱氮除磷的重要形式。     

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迭到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。     

垂直流人工湿地系统中植物对除磷效果的影响研究

人工湿地系统除磷包括基质除磷和植物除磷。本文通过研究三个试验块在不同植物、不同水力负荷、干湿交替运行等条件下人工湿地除磷的效率,得出人工湿地植物在整体除磷效率中占10~15%的贡献,植物系统完备的人工湿地总除磷效率高,并且抗冲击负荷能力更强,具有更高的除磷恢复能力。在不同的植物选种中,黑麦草比吉祥草系统更加稳定。     

人工湿地脱氮除磷强化技术研究

人工湿地作为一种新型污水生态处理工艺受到越来越广泛的重视,现在广泛应用于各类水体的处理,然而在实际应用中存在脱氮除磷效率偏低等问题,在一定程度上限制了应用,如何强化人工湿地脱氮除磷已成为近年来的研究热点.本研究从人工湿地工艺改进和创新、基质的选择与优化、植物的筛选与配置、设计及运行参数的优化等方面详细论述了人工湿地强化脱氮除磷技术,以期提高人工湿地脱氮除磷效率,为人工湿地技术优化与工程应用提供参考.     

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.     

不同运行方式对人工湿地强化除磷的影响研究

采用改变湿地构型、不同进水方式和曝气运行3种方法,开展不同运行方式对人工湿地的强化除磷效果研究。结果表明:垂直流湿地TP的去除率比水平流湿地平均高10%左右,串联方式对改善人工湿地系统除磷效果不明显,而当水平流湿地多点进水的配水比为2∶1∶1时,湿地对TP的去除率可上升5%～10%。湿地间歇运行当停置时间为2d时,TP去除率可提高6%左右;人工湿地曝气运行当气水比为6时,总磷去除率可达到最大。湿地间歇进水、曝气运行方式都可一定程度地提高湿地除磷效率,但要综合考虑对其他主要污染物的去除效果及系统运行费用影响。     

人工湿地生态工程中基质的筛选及应用研究

文章采用Langmuir等温吸附方程研究了人工湿地基质对磷的吸附能力和基质在人工湿地中的使用寿命,结果显示不同基质对磷的吸附能力差异比较大,其中赤泥对磷的吸附能力最大,铝矿土次之,陶粒和砂子比较低,而以陶粒对磷的吸附能力最低。不同的基质在人工湿地中的使用寿命不同,赤泥可以使用大约3010个月,而陶粒则<6个月。人工湿地基质大致可分为工业副产品、土壤和沙石三类,其中以工业副产品对磷的吸附能力比较高,土壤其次,而沙石则相对较低。Langmuir等温吸附方程可比较不同基质的吸附能力大小并估算其使用寿命,因此,可将它作为一种快速筛选人工湿地基质的方法。     

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.     

垂直流动态强化下基质对污染物的吸附活性及机理

基质作为人工湿地的骨架部分,对污染物的去除发挥着重要作用。选择黄土球、无烟煤与页岩陶粒,在不同进水负荷的垂直流动态条件下,对污染物去除进行比较,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其矿物组成与表面形貌进行分析,以深入探讨黄土球等基质的吸附活性及机理。结果表明:黄土球因其本身的去质子化作用,对NH₄+-N具有极好的吸附活性,试验初始阶段NH₄+-N去除率达到80%;同时,在较高磷浓度的进水负荷下,黄土球的静电作用与原子配位反应提升了其对可溶性反应磷(SRP)及颗粒磷(PP)的吸附能力;此外,黄土球的物理吸附作用对于COD的去除率均值达到50%,并改善水体中以芳香类为主的溶解性有机质(DOM)组成;无烟煤同样具有高效的吸附活性,对TP去除率能达到80%,单位基质磷吸附能力为6.89 mg/kg;无烟煤吸附机理以静电吸附为主,致使去除水体中的SRP效率更高,占据磷去除总量的44%;页岩陶粒则源于自身丰富的金属矿物成分,对PP有良好的结合吸附作用。3种基质在连续试验中均表现出对不同污染物的吸附活性,在连续试验中对污染物的"吸附疲性"也有着显著差异。基于试验结果和机理分析发现,黄土球具有潜在的湿地基质应用价值,并有助于改善水质中的DOM组分。     

处理微污染河水的人工湿地中磷的去除特征及吸附形态分布

通过在野外条件下构建两座潜流人工湿地,考察了湿地对微污染水体中磷的净化效果,以及湿地填料对4种主要形态磷的吸附特征.结果表明,湿地对总磷(TP)的平均去除率在30％左右,颗粒性总磷(STP)去除比例略高于溶解性总磷(DTP).两个湿地中TP的出水负荷随其进水负荷的升高线性增大,而磷的单位面积去除负荷与进水负荷呈对数关系,迸水负荷超过1000 g·m-2·d-1后,去除负荷没有发生明显变化.4种主要形态磷的吸附量关系表现为钙镁磷(Ca/Mg-P,12582和11052 mg)＞铁铝磷(Fe/Al-P,5312和5750 mg)＞弱吸附磷(Plabile-P,2054和1207 mg)＞腐殖质磷(Humic-P,-362和-136 mg).湿地3层填料对Humic-P和Plabile-P的吸附能力有限,且伴有解吸现象,而Ca/Mg-P和Fe/Al-P的吸附主要发生在卵石和碎砖层,碎石层对湿地中磷的去除贡献较低.栽种植物对湿地中填料对磷的吸附影响较小.     

Comparison of quartz sand, anthracite, shale and biological ceramsite for adsorptive removal of phosphorus from aqueous solution

The choice of substrates with high phosphorus adsorption capacity is vital for sustainable phosphorus removal from waste water in constructed wetlands. In this study, four substrates were used： quartz sand, anthracite, shale and biological ceramsite. These substrate samples were characterized by X- ray diffractometry and scanning electron microscopy studies for their mineral components （chemical components） and surface characteristics. The dynamic experimental results revealed the following ranking order for total phosphorus （TP） removal efficiency： anthracite 〉 biological ceramsite 〉 shale 〉 quartz sand. The adsorptive removal capacities for TP using anthracite, biological ceramsite, shale and quartz sand were 85.87, 81.44, 59.65, and 55.98 mg/kg, respectively. Phosphorus desorption was also studied to analyze the substrates＇ adsorption efficiency in wastewater treatment as well as the substrates＇ ability to be reused for treatment. It was noted that the removal performance for the different forms of phosphorus was dependent on the nature of the substrate and the adsorption mechanism. A comparative analysis showed that the removal of particulate phosphorus was much easier using shale. Whereas anthracite had the highest soluble reactive phosphorus （SRP） adsorptive capacity, biological ceramsite had the highest dissolved organic phosphorus （DOP） removal capacity. Phosphorus removal by shale and biological ceramsite was mainly through chemical adsorption, precipitation or biological adsorption. On the other hand, phosphorus removal through physical adsorption （electrostatic attraction or ion exchange） was dominant in anthracite and quartz sand.     

Influence of carbon source and temperature on the denitrifying phosphorus removal process

To supply the valuable operating parameters for the popular usage of the new denitrifying phosphors removal process, it is essential to study the dominant biochemical reactions and the characteristics of denitrifying phosphorus removing bacteria (DPB). Thus, parallel batch experiments using DPB sludge were carried out to assess the effect of substrates (sewage, HAc, and endogenous carbon source) on denitrifying dephosphorus removal efficiency in this study. The results showed that the initial specific phosphorus release rate increased with the high concentration of the short-chain volatile fatty acids ratio in the influent, and sufficient phosphorus was released by DPB. This improved the subsequent denitrification and phosphorus uptake efficiency. The specific endogenous denitrification mainly relies on the internal carbon source (PHB) stored by poly-P bacteria. Denitrifying phosphorus removing bacteria were very hungry when the internal PHB was consumed. Consequently, the specific endogenous denitrification rate was low and the phosphorus uptake did not happen. On the other hand, in the experiment, the denitrifying phosphorus removal performance under two temperature conditions (8–10°C and 25–26°C) was also investigated and analyzed. It was found that the lower temperature decreased the specific phosphorus release and uptake rate, but did not inhibit the denitrifying phosphorus removal completely. Therefore, the negative influence of the low temperature on the overall phosphorus removal was not significant. Translated from Acta Scientiae Circumstantiae, 2006, 26 (2): 186–192 [译自: 环境科学学报]     

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.     

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.     

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%.     

假单胞菌P1-1脱氮除磷特性及其动力学研究

利用实验室中筛选到的假单胞菌P1-1菌株进行脱氮除磷研究,并探讨了温度、pH、接种量、摇床转速和碳源对该菌株生长和脱氮除磷的影响,同时研究了菌株除磷的动力学。结果表明,该菌株最佳生长条件为摇床转速140 r/min、接种量10%、pH 8.0、温度30℃,最佳除磷条件为摇床转速140 r/min、接种量10%、温度30℃、pH 8.0,最佳脱氮条件为接种量10%、摇床转速0、温度30℃、pH 7.0;该菌株在比较好的生长和脱氮除磷效果时需要乙酸钠的最低浓度为1 000 mg/L;当初始P浓度为6~21 mg/L时,菌株除磷的动力学过程符合Monod零级反应模型。     

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.