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.     

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.     

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%.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。