4种人工湿地填料对磷的吸附特性分析

采用等温吸附、吸附动力学、填料饱和吸附后磷素释放实验,研究了紫色土、河沙、页岩、石灰岩对磷的吸附特征,结果表明Langmuir和Freundlich等温吸附方程均能很好地拟合各填料对磷的吸附特征,各填料对磷的最大吸附量大小顺序依次为石灰岩(666.67 mg/kg)河沙(500.00 mg/kg)页岩(434.78 mg/kg)紫色土(416.67 mg/kg);从反应速率来看,吸附过程都可分为快、中、慢3个阶段;相对一级动力学方程、双常数方程而言,Elovich方程对4种填料的吸附动力学特征拟合最好,决定系数R~2在0.831～0.966之间;从磷的解吸率来看,各填料释磷大小顺序依次为河沙(4.257%)页岩(3.803%)石灰岩(3.638%)紫色土(2.134%)。综合考察得出,石灰岩更适合作为人工湿地污水除磷的填料。     

适宜处理分散性生活污水的人工湿地除磷填料的筛选及改性

为提高人工湿地除磷效能,从沸石、陶粒、萤石、膨胀蛭石、石灰石、麦饭石、火山岩、牡蛎壳、钢渣和废砖块这10种具有较高磷素饱和吸附量的填料中,筛选出钢渣、沸石和石灰石3种适宜处理分散性生活污水的人工湿地填料,并分别使用不同浓度梯度的酸(碱)、盐对3种填料进行改性,以增强其除磷能力。研究结果表明,钢渣、沸石和石灰石分别经2 mol/L AlCl3、2 mol/L NaOH及2 mol/L AlCl3、0.5 mol/L AlCl3溶液改性后,磷素吸附量达到最高值(0.272、0.0801和0.351 mg/g),而双常数方程能更好地描述优选填料对生活污水中磷的吸附动力学过程,综合考虑填料的吸附效果、成本及来源,改性石灰石是人工湿地处理分散性生活污水时较为理想的除磷填料;此外,填料经铝改后,氮磷吸附效果普遍优于其他改性条件,且Al-P有利于植物直接吸收利用,含铝废水来源广泛,故利用铝改液处理人工湿地填料具有较高的应用推广价值。     

粉煤灰对水溶液中磷的吸附性能及机理

以粉煤灰为吸附剂去除溶液中的磷,考察了其吸附除P动力学特征、热力学特征以及溶液初始pH和粉煤灰投加量对吸附除P效果的影响,并对其吸附除P机理做了初步探讨。结果表明,在给定实验条件下,粉煤灰对P具有较好的去除效果,随着初始P浓度从10 mg/L升高到80 mg/L,平衡吸附量为0.46～2.44 mg P/g粉煤灰,吸附效率从92.2%降低至61.1%;对不同浓度的含P溶液,粉煤灰最适用量为0.6～1.5 g粉煤灰/mg P;相同反应条件下,当温度由25℃升高到45℃时,P初始吸附速率提高了3倍;粉煤灰对P的吸附过程能够较好地拟合Langmuir、Freundlich及D-R吸附等温模型,相关系数均在0.98以上。通过对吸附饱和的粉煤灰进行解析实验发现,初始P浓度较低(<50 mg/L)时,以化学吸附为主,而在初始P浓度较高(>80 mg/L)时,则以物理吸附为主。     

改性钢渣吸附氨氮和磷的特性研究

利用钢渣与氢氧化铝以4∶3质量配比混合,在700℃下进行2 h煅烧,得到改性钢渣。通过批次吸附实验,研究了改性钢渣在不同初始pH值、振荡时间和温度下对水溶液中氨氮和磷酸根的吸附情况,进而分析了改性钢渣对氨氮和磷酸根的吸附等温线、热力学和动力学特性。结果表明,改性钢渣脱氮除磷能力比原钢渣显著增强,且最适pH值为4～8。改性沸石对氨氮和磷酸盐的吸附均符合Langmuir等温吸附方程,氨氮(以N计)最大吸附量在10、20和30℃下分别为1.67、2.59和3.24 mg/g,磷酸根(以P计)的最大吸附量在10、20和30℃下分别为1.02、1.19和1.37 mg/g。热力学参数ΔG0、ΔH0和ΔS0表明,该吸附是一个自发、吸热、熵增型反应过程,且磷的吸附是化学吸附为主,氨氮的吸附是以离子交换吸附和物理吸附为主。改性钢渣对磷和氨氮的吸附动力学符合伪二级方程(R2>0.999)。     

高效苯降解菌的筛选鉴定及其在生物过滤塔处理苯的填料选择

从污水处理厂曝气池的活性污泥筛选出1株苯的高效降解真菌HD-3,经形态特征、ITS基因序列系统学分析,确定HD-3为杂色曲霉Aspergillus versicolor,该菌株8 d内对初始浓度439.3 mg/L和4 393 mg/L的苯的降解率分别为78.56%和33.96%。当苯的初始浓度为439.3 mg/L,HD-3降解苯的最适温度为30℃,最适pH为4.5。在此基础上,提出了采用不同填料生物过滤塔处理苯废气的工艺,并进行了实验研究,实验结果表明:(1)随着苯的浓度提高,苯的降解率逐渐降低。当苯的浓度为200 mg/m3时,煤质柱状活性炭生物过滤塔、生物陶粒生物过滤塔、竹材生物过滤塔的苯平均去除率(REave)分别为93.63%、93.16%和82.38%;当苯的进口浓度增加到3 000 mg/m3时,3种生物过滤塔的苯平均去除率(REave)分别为78.89%、68.43%和51.87%。(2)不同填料对苯的去除能力不同,煤质柱状活性炭>生物陶粒>竹材。     

钢渣与高岭石、有机肥混合对As(Ⅲ)的吸附特性研究

以高岭石、钢渣和有机肥为对象,研究单一和混合材料对As(Ⅲ)的吸附能力对比,并结合吸附等温线、吸附动力学等研究混合材料对As(Ⅲ)的吸附特性。结果表明:(1)适合的材料混合能提升单一材料对于As(Ⅲ)的吸附能力。材料单一使用时,钢渣对As(Ⅲ)的去除效果最好,去除率达65.0%;在混合材料中,钢渣/有机肥(质量比1/2,以c12表示)和钢渣/高岭石/有机肥(质量比2/1/1,以S211表示)对As(Ⅲ)有较好吸附效果。c12对As(Ⅲ)的去除率达到78.2%,最大吸附量为3.907mg/g,S211对As(Ⅲ)的去除率达到66.1%。(2)钢渣单一及与其他材料复配后对As(Ⅲ)的吸附都是一个先快后慢的过程,具有"快速吸附、缓慢平衡"的特点,随着平衡浓度的增加,吸附逐渐趋于平衡。钢渣吸附As(Ⅲ)溶液的行为主要符合一级动力学模型和Langmuir方程;c12和S211对As(Ⅲ)的吸附适于二级动力学模型和Langmuir方程,说明钢渣及复配材料均为单层分子吸附,在材料混合后主要以化学吸附为主。     

粉煤灰吸附除磷的改性研究

研究了粉煤灰的最佳改性条件及其吸附理论模型.获得了粉煤灰用于吸附含磷量为5 mg P/L的模拟二级出水的3种改性的最佳条件(21℃):(1)0.25 mol/L盐酸改性的粉煤灰对磷的去除率为76.0%,出水含1.20 mg P/L;(2)300℃下煅烧的粉煤灰对磷的去除率为93.8%,出水中磷含量达到了0.31 mg P/L;(3)低火(119 W)改性的粉煤灰的磷去除率达95.4%,出水含0.23 mg P/L.试验结果表明:Langmuir方程能很好地解释两种改性粉煤灰的吸附动力学(R2=0.9188,S.E=0.0032),而Simple Elovieh方程在描述两者的吸附动力学试验数据上显示出优越性(R2=0.9427,S.E=0.029).     

秸秆粉煤灰基颗粒填料生物膜特性的比较

为提高曝气生物滤池处理效率、研发新型具有结构和功能优势的颗粒填料,采用间歇式完全混合循环流态化反应器,探究了自制复合颗粒A、自制复合颗粒B、中劲陶粒及石英砂颗粒填料在4个水力停留时间下的挂膜性能、动力学参数及生物膜活性等生物膜特性,建立了生物膜微生物动力学参数实验测定的新方法。结果表明：当水力停留时间为8～12 h时,自制复合颗粒A、B挂膜性能优于石英砂和中劲陶粒,生物膜增殖速率分别为95.83、63.75 mg·(L·h)^-1(以COD去除率标准评价)和54.13、29.23 mg·(L·h)^-1(以氨氮降解率标准评价);装填复合颗粒A的完全混合循环流态化反应器氨氮降解效率最高,相应生物膜表观产率系数最低,剩余污泥量最少;当水力停留时间超过8 h后,复合颗粒附着生长生物膜的脱氢酶活性、表面蛋白质、多糖含量最高。由此可知,以自制复合颗粒A、B为颗粒填料能优化曝气生物滤池的处理效率。本研究结果可为新型生物滤池技术的发展提供参考。     

新型人工湿地生态填料净化生活污水的试验研究

采用单一粒级的碎石作为粗骨料,水泥、粉煤灰和化学添加剂为胶结材料制备了2种新型人工湿地生态填料(以下简称人工生态填料),分别为普通人工生态填料(ES-C)和内置空隙人工生态填料(ES-V),对比研究了2种人工生态填料和普通碎石填料对模拟农村生活污水的净化处理效果,探讨了影响其去除效果的几个因素。结果表明,处理第5天,效果最好的ES-V对COD、NH4+-N和TP的去除率分别为83.13%、75.25%和75.17%,浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准;普通碎石填料的NH4+-N去除率比人工生态填料低30%左右,TP的去除率约为人工生态填料的一半。当COD/NH4+-N(质量比)为9～13,NH4+-N负荷为20～55mg/L时,人工生态填料对NH4+-N的去除效果较好;TP为3～10mg/L时,人工生态填料对TP有较高的去除率。最后从物理、化学和生化作用3个方面探讨了人工生态填料的去污机制。     

2种不同碱度钢渣及其负载HAP吸附镉的比较

为了探明低碱度钢渣、低碱度钢渣负载HAP(羟基磷灰石,hydroxyapatite)、高碱度钢渣和高碱度钢渣负载HAP 4种材料对水溶液中Cd+2的吸附特征,采用静态批实验的方法,分别从pH、反应时间和初始浓度等方面对其进行了考察;使用电镜扫描观察和X射线衍射分析等手段,运用吸附动力学模型、吸附等温线模型对吸附过程和吸附机理进行了分析与探讨。结果表明:4种材料对Cd~(2+)的吸附效果顺序为高碱度钢渣负载HAP高碱度钢渣低碱度钢渣负载HAP低碱度钢渣,其中低碱度钢渣及其负载HAP对Cd+2的吸附性能较差,且会发生脱附现象,不宜用作Cd+2的吸附材料;高碱度钢渣及其负载HAP对Cd~(2+)的吸附性能较好,吸附过程均符合准二级吸附动力学模型和Langmuir吸附等温线模型;吸附过程主要为吸附剂表面上的单层化学吸附,吸附作用主要为离子交换作用和化学沉淀作用;此外,高碱度钢渣及其负载HAP对Cd+2最大吸附量分别为7.65 mg·g-1和12.63 mg·g-1,相比之下,提高了60.58%,这表明高碱度钢渣负载了HAP可大幅度提高其对Cd~(2+)的吸附容量。钢渣碱度的差异性对其吸附镉的影响较大。     

工业废渣基除磷材料的静态吸附研究

研究了高效除磷材料（EPRC）对磷素的吸附特性,考察了投加量、初始浓度、初始pH值、粒径等对EPRC吸附性能的影响,分析了不同条件下EPRC的吸附过程。结果表明,最佳投加量为3.5 g/250 mL时,去除率达91.07%,出水TP浓度为0.45 mg/L。随着粒径减小,EPRC对磷素的吸附量增大,吸附平衡时间缩短。溶液初始pH值在碱性条件下,吸附容量变大。     

Studies on the phosphorus sorption capacity of substrates used in constructed wetland systems

Langmuir sorption isotherm was used to screen various substrates for use in removing phosphorus (P) in constructed wetlands (CW). The nine tested substrates included four sands, two soils, bentonite, and two industrial by-products of furnace slag and fly ash. Results showed that the furnace slag had the highest P sorption capacity (8.89 g Pk g(-1)), followed was the fly ash (8.81 g P kg(-1)), and that of sand II was the lowest. Different kinds of sands also showed varying P sorption capacity (0.13-0.29 g P kg(-1)). P sorption capacity was influenced by both the physico-chemical characteristics of the substrates and the amount of organic matter (OM) added. Lifetime of sand II for P sorption estimated by Langmuir P sorption maximum was up to only 9 months in full-scale systems, while that of furnace slag could be used for up to 22 yr. Furnace slag has great potential as a CW substrate, due to its high P sorption capacity. The expected lifetime of constructed wetlands for P removal is strongly influenced by the choice of adsorbing substrate.     

基于烧结成型的红壤除磷填料开发

为了开发除磷填料，以红壤为基本材料，并以烧结温度、粉煤灰添加量、外加剂A用量和外加剂B用量作为4个因素设计正交实验，制造了不同配方的红壤烧结填料，进行等温吸附实验并利用Langmuir模型拟合最大吸磷量进行比较。结果表明，通过烧结可使粉末状红壤成型，同时提高了其除磷能力；对填料理论吸磷量的影响因素主次顺序为外加剂B用量、外加剂A用量、粉煤灰用量及烧结温度；通过比较理论吸附量，同时考虑到成本，可以确定正交实验结果中较优填料配方组成为（重量比）：61％红壤，30％粉煤灰，0％外加剂A，9％外加剂B，烧结温度1150℃，其最大理论的磷吸附量2．274mg／cm^2，单位除磷原料成本约0．047元／g．     

3种人工湿地基质对磷的吸附特性

选用页岩、陶粒和砾石3种基质进行等温吸附和吸附动力学试验,研究其对磷的吸附特性。结果表明,Freun-dlich和Langmuir方程均能较好地拟合各基质对磷的吸附特征,并且用Freundlich方程的拟合效果要好于Langmuir方程;基质对磷的理论饱和吸附量大小依次为页岩(527.992 mg/kg)>陶粒(328.165 mg/kg)>砾石(129.729 mg/kg);页岩最大磷吸附量随粒径增加而减小;各基质对磷的吸附过程分为快、中、慢3个阶段,3种基质对磷的吸附速率依次为页岩>陶粒>砾石;准二级动力学方程、双常数方程和Elovich方程均能较好地描述人工湿地基质对磷的吸附动力学特征,但从相关系数来看,准二级动力学方程的描述更为准确。     

改性粉煤灰处理低浓度含磷废水的研究

以酸改性粉煤灰为吸附剂,处理低质量浓度(1 mg/L左右)磷酸盐溶液,探讨了改性剂的种类、改性剂用量、吸附剂用量、反应时间、pH以及温度对除磷效果的影响.结果表明:(1)经过酸改性后粉煤灰的磷去除率显著提高,而且硫酸改性粉煤灰的除磷效果更好,磷去除率最高可达97.68％.(2)最佳条件:选择硫酸用量为5 mL/g进行改性,硫酸改性粉煤灰投加量为2.0g,反应时间为60 min,pH为7.2～10.8,温度为25℃(即室温).(3)改性粉煤灰对磷的吸附更符合Freundlich吸附等温模型,既有物理吸附,也有化学吸附,并以Ca、Mg氧化物与磷形成磷的沉淀物为主.     

典型危险废物的工程力学特性

掌握填埋废物的工程力学特性是确保危险废物填埋堆体稳定性的重要前提条件,因此,针对6种典型危险废物的工程力学特性开展了调查研究.研究结果表明,污泥类危险废物的含水率和有机质含量远高于非污泥类危险废物,而前者的比重则显著低于后者.污泥类危险废物的渗透系数相对较小,比污染土壤和飞灰炉渣混合物的渗透系数小1个数量级,比滤池填料的渗透系数小2个数量级.不同危险废物的无侧限抗压强度排序为:飞灰炉渣混合物(314.3 kPa)和滤池填料(278.9 kPa)＞污染土壤(124.9 kPa)＞杭州氧气厂污泥(68.6 kPa)、锌铬污泥(71.4 kPa)、油泥(58.4 kPa).不同危险废物的粘聚力排序为:飞灰炉渣混合物(40.8 kPa)、滤池填料(31.1 kPa)＞污染土壤(20.9 kPa)＞杭州氧气厂污泥(1.94kPa)、锌铬污泥(3.10 kPa)、油泥(1.81 kPa).此外,不同危险废物的内摩擦角差异相对较小,其变化范围在18.8°～35.0°之间.综合分析可知,飞灰炉渣混合物和滤池填料的工程力学特性较好,而污泥类危险废物的工程力学特性则较差.     

巢湖湖岸砂石的磷吸附特性研究

以巢湖湖岸上富含铁、铝、锰等元素的砂石为实验材料,研究其对水体中磷的吸附效果。实验表明:在砂石对磷的吸附过程中,同时存在着物理吸附和化学吸附,且以化学吸附作用为主,符合准二级动力学模型;砂石对磷的作用与溶液初始磷浓度有关,磷释放与吸附的临界浓度点约为0.04 mg/L;砂石对磷的吸附符合Langmuir等温吸附方程,最大吸附量约为1 428.57 mg/kg,对磷的吸附效果比普通沙石要好,且经济易得。     

Impact of molybdenum nanoparticles on survival,activity of enzymes,and chemical elements in <Emphasis Type="Italic">Eisenia fetida</Emphasis> using test on artificial substrata

The influence of molybdenum oxide nanoparticles (MoO₃) on the growth and survival of Eisenia fetida was established. The activity of antioxidant enzymes and changes in concentration of molybdenum in the body of E. fetida were determined. The degree of bacterial bioluminescence inhibition in extracts of substrates and worm was studied using luminescent strain Escherichia coli K12 TG1. The enzymatic activity of substrates before and after exposure with nanoparticles and worms was assessed. Nanoparticles have concentrations of 10, 40, and 500 mg/kg of dry matter, and substrata are made of artificial soil (substrate A) and microcrystalline cellulose (substrate B). Spherical nanoparticles MoO₃, yellow in color, with size 92?±?0.3 nm, Z-potential 42?±?0.52 mV, molybdenum content 99.8 mass/%, and specific area 12 m²/g were used in the study. A significant decrease by 23.3 % in weight was registered (for MoO₃ NPs at 500 mg/kg) on substrate A (p?≤?0.05). On substrate B, the maximum decrease in weight by 20.5, 33.3, and 16.9 % (p?≤?0.05) was registered at a dose of 10, 40, and 500 mg/kg, respectively; mortality was from 6.6 to 73 %. After the assessment of bacterial bioluminescence inhibition in substrates A and B (extracts) and before worms were put, the toxicity of substrates was established at doses of 40 and 500 mg/kg, expressed in inhibitory concentration (IC) 30 and IC 50 values. Comparatively, on days 7 and 14, after exposure in the presence of E. fetida, no inhibition of bioluminescence was registered in extracts of substrates A and B, indicating the reduction in toxicity of substrates. The initial content of molybdenum in E. fetida was 0.9?±?0.018 mg/kg of dry matter. The degree of molybdenum accumulation in worm tissue was dependent on the dose and substrate quality. In particular, 2–7 mg/kg of molybdenum accumulated from substrate A, while up to 15 kg/kg of molybdenum accumulated from substrate B (day 7). Molybdenum concentration decreased by 64.8 and 57.4 % at doses 40 and 500 mg/kg, respectively, on day 14. The reaction of antioxidant enzymes was shown in an insignificant increase of glutathione reductase (GSR) and catalase (CAT) at concentrations of 10 and 40 mg/kg in substrate A, followed by the subsequent reduction of their activity at the dose of 500 mg/kg MoO₃. The activity of GSR in substrate B against the presence of MoO₃ nanoparticles decreased, with significant difference of 33.5 % (p?≤?0.05) at the dose of 500 mg/kg compared with untreated soil. In experiments with substrate A, an increase of catalase activity was registered for the control sample. The presence of MoO₃ nanoparticles at the concentration of 10 mg/kg in the environment promoted enzymatic activity on days 7 and 14, respectively. A further increase of nanoparticle concentration resulted in the decrease of catalase activity with a minimum value at the concentration of MoO₃ of 500 mg/kg. In the experiment with substrate B at the concentration of MoO₃ nanoparticles of 40 mg/kg, enzymatic activity increases on day 7 of exposure. However, the stimulating effect of nanoparticles stops by day 14 of the experiment and further catalase activity is dose dependent with the smallest value in the experiment with MoO₃ having the concentration of 500 mg/kg.