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.     

垂直流人工湿地LDHs覆膜改性沸石基质强化除磷效果及其机制

采用碱性水热-共沉淀法,将6种金属化合物(CaCl2、ZnCl2、MgCl2、FeCl3、AlCl3、CoCl3)两两组合生成9种不同类型的层状双金属氢氧化物并覆膜于常用垂直流人工湿地沸石基质表面;利用分别填充原始沸石及9种LDHs覆膜改性沸石基质的模拟垂直流人工湿地小试系统进行除磷净化实验,并结合10种沸石基质的等温吸附实验结果,对LDHs覆膜改性沸石基质的强化除磷机制进行研究.结果表明,相对于原始沸石基质,9种不同组合方式生成的LDHs覆膜改性沸石基质除磷效果均有不同程度的提高;Zn2+参与合成的改性基质除磷效果优良,其中ZnFe-LDHs改性沸石基质对总磷、溶解性总磷及磷酸盐的平均去除率超过90%,其最大理论吸附量达到了原始沸石基质的3倍;LDHs覆膜改性沸石基质通过增加化学吸附容量、提高物理吸附能力达到强化除磷效果的目的.     

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.     

冬、夏两季组合湿地系统的净化力对比分析

建立了用以处理污染河流水体的"表面流湿地-垂直流湿地-稳定塘"组合人工湿地系统,日处理水量为7万t,水力停留时间为24 h,对比分析了组合人工湿地系统冬、夏两季的水体净化力。结果表明:冬、夏两季组合湿地系统出水中COD、氨氮、TP、TN月均值可达GB 3838—2002《地表水环境质量标准》IV类标准,不同单元之间净化力差异显著,垂直流湿地贡献率最大;组合湿地系统对COD和氨氮去除率存在显著的季节性差异,冬季对COD和氨氮的平均去除率分别为25.97%和30.26%,显著低于夏季的43.07%和54.20%;组合湿地系统对氮、磷去除效果季节性差异不显著,冬季对TN和TP的平均去除率分别为48.35%和59.26%,而夏季组合湿地系统对TN和TP的平均去除率分别为48.87%和55.26%。要克服冬季对组合湿地系统净化力的影响,需考虑增强垂直流湿地单元的吸附过滤功能和提高湿地系统冬季的生物活性。     

人工湿地构型对水产养殖废水含氮污染物和抗生素去除影响

利用水平潜流人工湿地和下行-上行复合垂直流人工湿地净化水产养殖废水,研究水流方式、水力停留时间对水产养殖废水中含氮污染物、抗生素等典型污染物净化效果的影响.结果表明,复合垂直流人工湿地对含氮污染物具有较好的去除效果,对TN、NH_4~+-N的去除率在水力停留时间为3 d时可分别达到58%、80%.采用BIOLOG微平板技术和高通量测序对两个人工湿地入流端基质微生物群落的分析发现,复合垂直流人工湿地因其内部结构有利于水流流向及溶解氧条件使得微生物活性和多样性均较高,Nitrospira属分布较多是氨氮去除效果较好的主要原因.水力停留时间对NO_3~--N、NO_2~--N的去除有较大影响,维持在3~4 d对各类含氮污染物可获得较好的去除效果.采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法对抗生素去除效果进行研究发现,人工湿地构型对抗生素的去除效果差异不大,两种人工湿地对恩诺沙星的去除效果优于磺胺甲唑和氟甲砜霉素,当水力停留时间从1 d延长至3 d可提高磺胺甲唑的去除率至50%以上.     

不同基质垂直流人工湿地对猪场污水季节性处理效果的研究

研究了3套不同基质垂直流人工湿地小试装置在不同季节处理猪场污水的运行效果.结果表明,垂直流人工湿地对有机污染物的去除效果随季节变化差异不明显,对有机物降解情况可用一级降解模型模拟;传统型湿地系统NH4 -N去除率在各季节稳定在52%,而沸石和沸石-煤渣型系统冬季NH4 -N去除效率分别从秋季的89.8%和93.4%下降至冬季的64.2%和73.5%,春、夏季回升至80%左右.冬季湿地系统中生物硝化与反硝化作用的减弱影响了垂直流人工湿地系统TN的去除;3套不同基质系统中,沸石-煤渣型系统各高度层硝化强度均为最高,沸石型和沸石-煤渣型系统的反硝化强度明显高于传统型系统,与实际运行过程TN去除率变化相吻合.采用沸石作为基质有利于系统的反硝化进程和TN的去除.垂直流系统对TP去除率随季节性变化波动不显著,但随着垂直流人工湿地系统的运行,基质层对TP的吸附逐渐饱和,去除效率明显下降.     

3种类型人工湿地处理富营养化水体中试比较研究

针对五里湖富营养化水体,在同等条件下开展了3种类型人工湿地处理效果的比较研究,试验采用现场中试规模,水力负荷为0.8 m³/(m²·d).结果表明,垂直流、潜流和表面流3种人工湿地对氨氮的平均去除率分别为33.2%、27.4%和14.1%;对总氮的平均去除率分别为52.3%、50.1%和19.2%;对总磷的平均去除率分别为58.8%、57.9%和26.3%;对锰酸盐指数的平均去除率分别为37.2%、38.3%和14.8%;对叶绿素a的平均去除率分别为86.9%、96.1%和55.3%.可见,垂直流人工湿地对氨氮、总氮和总磷的去除效果最好,潜流人工湿地对高锰酸盐指数和叶绿素a的去除效果最好,但垂直流和潜流人工湿地之间的差异较小,表面流人工湿地对各污染物的去除效果均远低于前两者.从出水水质稳定性来看,垂直流人工湿地出水水质最稳定,潜流次之,表面流最差.     

人工湿地不同基质和粒径对污水净化效果的比较

为研究人工湿地基质类型和粒径对水质净化效率的影响,选择了1~2、2~4、4~8 mm的沸石,2~4、4~8、8~16mm的砾石和2~4、3~5、6~8 mm的无烟煤基质,在无植物人工实验柱中开展单一基质的水质净化实验.结果表明,相同类型不同粒径的基质对COD、TN、TP的去除效果不同.4~8 mm沸石和砾石、6~8 mm无烟煤对COD的去除率最高,分别为53.74%、60.76%、62.93%;人工实验柱中氮素的去除以反硝化作用为主,粒径对TN去除效果的影响表现为小粒径更优;砾石和无烟煤的TP去除率也表现为小粒径更高,但沸石的TP去除率随着粒径的增大而增大.基质类型对COD、TP、TN的去除效果也存在差异.无烟煤对COD、TP、TN均有较好的去除效果,平均去除率在60%以上;沸石对TN的去除效果最好,TP去除率不高;砾石对COD有较高的去除率,对TP的去除效果一般.     

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.     

应用紫外/氯组合工艺去除微污染原水中氨氮的特性研究

针对饮用水中氨氮超标对环境造成的污染问题,采用紫外/氯组合工艺对饮用水中氨氮进行降解研究.结果表明,紫外/氯高级氧化工艺可以有效去除水中氨氮.一方面,自由氯和氨氮之间发生取代反应将氨氮转化为氯胺,254 nm紫外光可有效裂解N—Cl键,一氯胺在254 nm处的摩尔吸光系数为354 L·mol~(-1)·cm~(-1),量子产率为0.68 mol·E~(-1);另一方面,自由氯光解产生的自由基可直接氧化氨氮.随着紫外辐照剂量的增加,氨氮和总溶解性氮(TN)的浓度逐渐减少,当紫外辐照剂量达到1000 mJ·cm~(-2)时,氨氮(起始浓度2 mg·L~(-1))和TN的去除率分别为53%和35%,相比单独氯化条件下分别提高了20%和15%.随着Cl_2/N的增加,氨氮和TN的浓度逐渐减小,当Cl_2/N≥1.6时,紫外/氯组合工艺对氨氮的去除率接近100%,当Cl_2/N1.6时,紫外/氯工艺对TN的去除率相比单独氯化工艺提高了30%左右.此外,氨氮去除率随pH升高而增加,而TN去除率随pH升高而降低.本研究结果可为紫外/氯组合工艺在水厂中的实际应用提供有效的理论和技术支持.     

表面流人工湿地中水生植被的净化效应与组合系统净化效果

以无植物空白系统为对照,通过批量盆栽试验探讨了表面流人工湿地中不同类型水生植被(苦草(沉水植物)、水葫芦(浮水植物)、芦苇(挺水植物))的引人对富营养化水体不同污染物净化效果的影响;根据不同污染物去除的阶段性特征设计了分段式表面流人工湿地(好氧塘-水葫芦湿地一苦草湿地),并通过示范工程探讨了富营养河流的原位净化效果.研究表明,批量盆栽试验中,与无植物空白系统相比,芦苇的引入显著增加了表面流人工湿地的蒸发蒸腾量(为无植物空白系统的1.5倍),而水葫芦和苦草的引入则显著降低了表面流人工湿地的蒸发蒸腾量(分别为无植物空白系统的80%和30%);3种水生植物的引入均显著促进了CODcr、TN、NH 4-N的去除(与无植物空白系统相比),其中水葫芦系统具有最好的CODcr和TN去除效果(起始CODcr和TN水平分别为35.8 mg·L-1和6.86 mg˙L-1时,去除率分别为58.91%、76.67%),而苦草的引入则显著地促进了水体中氧化态氮的形成与积累.分段式表面流人工湿地的原位净化研究表明,水力负荷为6.2cm.d-1时,分段式表面流人工湿地对CODcr的净化效果较好,水力负荷过高会影响分段式表面流人工湿地的净化效果.