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.      

人工湿地基质对混合溶液中有机化合物的等温吸附行为

为了给工程实际应用提供科学依据,文章以煤渣、页岩陶粒、砾石、砂子为吸附剂,以苯、1,4-二氯苯、硝基苯和邻苯二甲酸二丁酯4种有机化合物为吸附质,考察了人工湿地基质对混合溶液中有机化合物的等温吸附行为。结果表明,供试基质对目标有机化合物的吸附等温线均属于Langmuir型;Freundlich方程比Langmuir方程能够更好地拟合实验结果;Langmuir方程的不同线性变换在数据拟合时表现出很大的差异性;供试基质对有机化合物的吸附具有明显的选择性,最好用混合基质来构建以去除有机化合物为目的的人工湿地。     

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。     

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...     

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。     

碳化缓释除磷填料的制备与吸附特性分析

制备了2种人工湿地除磷基质填料,碳化缓释Ca(OH)_2(简称1#填料)和铁盐改性Ca(OH)_2(2#填料),并与工程中常用的石灰石和细沙填料进行等温吸附对比实验,比较不同填料的除磷效果。通过等温吸附实验,发现1#填料和2#填料更符合Langmuir等温吸附方程,得到不同填料对磷的理论饱和吸附量分别为806.45 mg/kg(1#填料)、220.26 mg/kg(2#填料)、64.10 mg/kg(石灰石)和24.81 mg/kg(细沙)。结果表明,制备的1#填料和2#填料对磷元素具有较好的去除效果,与人工湿地常用基质填料相比,具有明显的实际应用优势,可用其强化人工湿地除磷效果。     

29种湿地填料对氨氮的吸附解吸性能比较

为筛选出性能更好的人工湿地填料,采用等温吸附-解吸试验,测定了29种天然和非天然人工湿地填料的孔隙率、渗透系数及其对NH₃-N的吸附-解吸特性. 结果表明:锯末、瓷砖、鸡蛋壳、瓷砂陶粒、火山岩等材料的孔隙率较大,瓷砂陶粒、海绵铁、石灰石、页岩陶粒、砾石等材料的渗透系数较大;Freundlich和Langmuir等温吸附方程能较好地拟合各填料对NH₃-N的吸附特征,通过Langmuir等温吸附方程计算,对NH₃-N的理论饱和吸附量居前5位的填料依次是火山岩(1.700 0 mg/g)、瓷砂陶粒(1.620 0 mg/g)、生物炭(1.353 0 mg/g)、沸石(1.350 0 mg/g)、石榴石(1.190 0 mg/g). 吸附速率的变化与填料吸附NH₃-N的途径密切相关. 吸附饱和的生物炭、焦炭、大理黏土、沸石、磁铁矿、石英砂主要通过离子交换作用吸附NH₃-N,稳定性好,解吸率均小于20%;瓷砂陶粒和火山岩对NH₃-N的解吸率分别为24.50%和35.51%,既有物理吸附也有离子交换作用. 火山岩、瓷砂陶粒、生物炭、沸石对较高浓度NH₃-N的吸附效果较好. 研究显示,火山岩、生物炭、瓷砂陶粒、沸石等适合作为人工湿地中吸附NH₃-N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。     

改性碎砖对磷的吸附性能研究

将碎砖作为人工湿地基质材料,研究了各吸附影响因素对改性碎砖吸附磷性能的影响,并考察了改性碎砖对磷的等温吸附模型。结果表明:在25℃,pH为6,吸附时间为1 h,投加比例为100∶3的条件下,经AlCl3改性后的碎砖对磷吸附效果最好,去除率可以达到97.8%;且该吸附符合Langmuir等温吸附模型。     

活化赤泥去除猪场废水生化处理出水中的磷和重金属

以铝矿工业废渣赤泥为原材料,采用焙烧活化方法进行活化处理,并将其用于畜禽废水生化处理出水中磷和重金属的吸附去除.同时,研究考察了吸附剂除磷、除重金属的能力以及投加量、pH值和反应时间对去除效果的影响.结果表明,赤泥和活化赤泥对磷、铜、锌、砷吸附规律符合Langmuir吸附等温方程;焙烧改性后,赤泥对磷、铜、锌、砷的去除能力显著提高,900℃焙烧活化饱和吸附量可分别由46.26、18.18 、15.45、18.83 mg·g-1提高至149.00、65.17、99.20、27.51 mg·g-1;pH显著影响除磷、除重金属的效果,高pH条件有利于磷、铜、锌、砷的去除;赤泥和活化赤泥除磷、铜、锌、砷的作用机理包含金属氧化物表面的表面络合作用机理,其对砷和磷的去除机理还包括共沉淀作用.     

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.     

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.     

3种人工湿地基质材料对氨氮的吸附特性

对陶粒、石英砂和砾石这3种人工湿地基质材料进行了氨氮（NH₄⁺-N）吸附特性研究.通过扫描电镜和BET比表面积分析仪对材料进行表征分析,发现陶粒表面相比石英砂和砾石更为粗糙,内部孔隙也较发达,陶粒（18.97 m²·g^-1）比表面积高于石英砂和砾石.在纯氨氮溶液和模拟污水厂出水一级B标准的混合溶液中,3种基质对NH₄⁺-N的吸附能力均表现为：陶粒>砾石>石英砂.陶粒对NH₄⁺-N的饱和吸附容量在混合溶液中最大（63.55 mg·g^-1）.陶粒对NH₄⁺-N的吸附过程符合伪二级动力学模型（在纯氨氮溶液中R²为0.99、在混合溶液中R²为0.98）.在纯氨氮溶液中运用Freundlich和Langmuir模型对等温吸附试验结果进行拟合,发现Freundlich模型（R²=0.93）描述陶粒的吸附特性比Langmuir模型更为精确（R²为0.93）,表明陶粒对NH₄⁺-N的吸附为多层吸附.综上所述,陶粒的吸附容量较强,在混合溶液中吸附容量较纯氨氮溶液增大了31%,适用于作为人工湿地基质填料.     

西辽河不同粒级沉积物对磷的吸附特征

采用平衡吸附法研究了西辽河不同粒级沉积物对磷的吸附特征.结果表明,不同粒级沉积物对磷的吸附特征圴符合Langmuir吸附等温式和Freundlich吸附等温式;黏粒级和粉粒级的磷饱和吸附量较大,分别为3791.12,2323.33mg/kg,分别相当于粗砂的6.68和4.09倍;黏粒级和粉粒级沉积物吸附的磷是磷素循环的重要组成部分,西辽河冲泻质泥沙黏粒和粉粒所携载的吸附态磷的理论入海通量分别为3791.12,2323.33mg/kg冲泻质泥沙.占沉积物磷吸附总量的28.30%.沉积物对磷的比表面积标化吸附分配系数与松结态腐殖质相关性最大,比表面积标化饱和吸附量与稳结态腐殖质相关性最大,在稳结态和紧结态腐殖质所形成的团聚体结构沉积物中存在孔隙填充方式的磷吸附.     

黄河中下游沉积物对磷酸盐的吸附特征

研究了黄河中下游12个沉积物的临界磷平衡浓度(EPCo),以此判断沉积物是磷"源"还是磷"汇".用修改后的Langmuir 等温吸附模型对吸附实验数据进行了拟合.结果得到最大吸附容量(PAC).Langrnuir吸附平衡常数(k).利用所得拟合参数通过公式计算方法得到EPC0、原有交换态磷(NAP)以及固·液分配系数Kp值并考察了环境因子(pH、离子强度)对吸附作用的影响·沉积物的EPCo均大于上覆水体中的磷浓度,沉积物有向上覆水体释放磷的能力.吸附容量与总有机碳(TOC)含量有较好的正相关关系.pH<6.0,沉积物释放磷并且随着pH增大吸附量增加很快;69.7.吸附量略有增高.随着Ca2 离子强度的增加,沉积物对磷的吸附量减小.     

水合氧化铁对含磷废水的吸附特性研究

以Fe(NO3)3为前驱物,制备了水合氧化铁吸附剂样品,以NaOH为解吸剂,研究了样品对模拟废水中磷酸根的吸附和解吸性能。结果表明,水合氧化铁对磷酸根有较好的吸附效果;随着pH的降低,水合氧化铁对磷酸根的吸附能力增强,在pH为2时吸附达92.5%;吸附前15 min吸附速率较快,约150 min达到平衡,吸附动力学曲线符合二级动力学模型;用水合氧化铁对初始浓度为50~100 mg/L模拟含磷废水吸附,随着初始浓度的增大,磷的去除率下降;水合氧化铁对磷酸根的吸附等温线较符合Langmuir吸附模型;用NaOH对水合氧化铁行解吸,浓度为40 g/L有最好的解吸率,60 min时达到解吸平衡。     

Thermodynamics and kinetics of cadmium adsorption onto oxidized granular activated carbon

Cadmium sorption behavior of granular activated carbon oxidized with nitric acid was systematically studied by sets of the equilibrium and time-based experiments under various conditions.The cadmium adsorption capacity of oxidized granular activated carbon enlarged with an increase in pH,and reduced with an increase in ionic strength.Experimental data were evaluated to find out kinetic characteristics.Adsorption processes were found to follow pseudo-second order rate equation.Adsorption isotherms correlate well with the Langmuir isotherm model and the maximum sorption capacity of cadmium evaluated is 51.02μmol/g.Thermodynamic parameters were calculated based on Van't Hoff equation.Equilibrium constant Kd was evaluated from Freundlich isotherm model constants,Langmnir isotherm model constants,and isotherms,respectively.The average change of standard adsorption heatΔH~0 was -25.29 kJ/mol.NegativeΔH~0 andΔG~0 values indicate the adsorption process for cadmium onto the studied activated carbon is exothermic and spontaneous.The standard entropyΔS~0 was also negative,which suggests a decrease in the freedom of the system.     

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.      

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。