不同基质人工湿地去除重金属Cd的研究

以粉煤灰(F)、河砂(S)、河砂+粉煤灰(S+F)为基质,搭配水芹(Oenanthe javanica)、灯芯草(Juncus effusus)和水葫芦(Eichhornia crassipes),研究人工湿地对废水中Cd的净化效果。结果表明,3种基质对Cd均有明显的去除效果。其中,F基质去除效果最好,但出水pH和电导率较高,且水芹和水葫芦相对电导率(REC)和丙二醛(MDA)较高,表明植物生长受到影响。S基质对Cd去除率最低,但植物生长状态良好。S+F基质发生协同作用,有利于植物生长,去除Cd效果也较好,评估为最佳人工湿地基质。人工湿地中不同基质各层全量Cd、有效态Cd分布情况均为上层中层下层。     

人工湿地中基质与植物对污染物去除效率的影响

针对太湖五里湖富营养化水体,采用中试规模的人工湿地现场实验开展了不同基质、不同植物的污染物去除效果研究。基质采用炉渣和沸石2种,在一个湿地池种植单一植物茭白,另一个湿地池种植鸢尾＋菖蒲混合植物,同时构建了无植物的对照组湿地。研究表明：（1）在运行初期,沸石和炉渣2种基质对TN、TP的去除率差异为12.5%和12.6%,吸附饱和后,2种基质对TN和TP的去除率差异缩小为3.2%和6.1%,从长期运行来看,炉渣和沸石2种基质在人工湿地中的去除效率差异将减小;（2）茭白单一植物湿地对污染物的去除率与鸢尾＋菖蒲混合植物湿地对污染物的去除率两者之间差异不大;（3）人工湿地种植植物后对TN、TP的去除率比无植物状态时分别高出13.6%和19.5%,植物在人工湿地中对污染物的去除发挥了重要作用;（4）在本试验条件下,茭白吸收所去除的氮数量为湿地氮总去除量的8.95%,茭白吸收去除磷的数量为湿地磷总去除量的20.16%,在人工湿地中,茭白吸收对磷的去除效率比对氮的去除效率高。     

人工湿地基质再生技术的研究进展

人工湿地中基质对污染物的吸附是一个有限的过程,对其进行再生可减缓净化效果的下降趋势,降低周期性更换基质的材料消耗和购置成本,回用营养物质于农业。基质可以通过物理、化学或生物的方法原位或异位再生。其中生物再生成本低廉,生态友好且具有可持续性,是基质脱氮再生的最有效途径,可以通过优化离子浓度和交换速率,碳源、溶解氧、微生物群落结构等提高再生效果和速率。基质除磷物理再生效果受基质类型、磷浓度负荷、落干休作开始时机和持续时间等的影响,其操作简便,可在人工湿地的日常运行管理中原位实施。化学再生效果受基质种类、再生试剂的成分和浓度、环境条件如温度、pH值、Eh值和DO值等的影响,可在基质吸附饱和后作为应急措施使用。     

潜流式人工湿地基质堵塞问题对策研究

基质堵塞是人工湿地长期稳定运行最关键的问题.针对滇池湖滨福保人工湿地运行后潜流湿地基质严重堵塞的问题,分析造成基质堵塞的原因,从工艺路线、碎石床结构、填料径粒和布水方式等方面对原有人工湿地进行分析研究,找出堵塞原因,提出技术改造方案,并经过工程模型实验进行验证,在此基础上确定"预处理-潜流湿地(垂直流)-调节池-潜流湿...     

无植物潜流人工湿地基质床污染物去除性能研究

采用单一基质页岩和页岩、陶粒组合基质进行无植物潜流人工湿地基质床的水质净化实验,比较不同基质设置对COD、TN、NH+-N、TP、溶解性总磷(TDP)和溶解性正磷酸盐(SRP)去除效果的影响.结果表明,在相同进水水质,水力负荷为480mm/d的运行条件下,以单一页岩为基质的无植物潜流人工湿地基质床的COD、TN、NH4+-N、TP、TDP、SRP去除效果均略优于填充页岩和陶粒组合基质的基质床.总体来看,基质对湿地系统中各污染物去除的贡献均不是非常显著,并且不能保证长期稳定的运行效果.沿程去除结果表明,无植物潜流人工湿地基质床对COD、NH+-N、TP的去除主要发生在进水后沿程的0～90 cm距离内.水力负荷和基质设置均可能影响基质床的污染物去除效果,以基质选择为目的的批量吸附实验结果不能完全反映基质床的全面去污性能.     

人工湿地基质对NH4＋-N吸附性能

为研究建筑废物红砖和工业废物煤渣用作人工湿地脱氮基质的可行性,分别通过静态吸附实验和动态NHf—N去除效果实验进行考察。结果表明,红砖和煤渣对NH4＋-N最大静态吸附量分别为0．2533mg／g和0．0533mg／g,其吸附等温曲线均符合Freundlich型吸附方程,吸附常数分别为0．0419和0．0091;红砖煤渣组合对污水中NH4＋-N平均动态脱除率达到41．18％,高于红砖的37．63％和煤渣的30．92％。     

不同基质人工湿地去除猪场沼液中氨氮性能

以猪场沼液为研究对象,通过等温吸附实验研究沸石、铁粉、硅藻土、煤渣、石英砂5种基质对氨氮的等温吸附特征,并采用一级和准二级动力学方程分析吸附动力学过程。根据实验结果选取沸石和石英砂基质构建4种不同类型的人工湿地单元对比研究猪场沼液中氨氮的处理效果。结果表明,5种基质对氨氮的吸附适合用Langmuir等温吸附方程描述,沸石对氨氮的吸附能力最强,其最大吸附量达1.049 8mg/g。从相关系数(R2)分析,准二级动力学方程能更好描述各种基质对氨氮的吸附动力学过程。沸石的平衡吸附量最大,为1.719 0mg/g。沸石-垂直潜流人工湿地单元在构建的4种人工湿地单元中对猪场沼液氨氮处理效果最好,且对高浓度沼液的抗冲击能力最强。     

基质结构对水平潜流人工湿地净化效果影响

为研究基质填充结构变化对人工湿地净化效果的影响,构建2个不同基质结构的对比水平潜流人工湿地实验系统,对城市污水处理厂出水进行深度处理。实验结果表明,1～7 mm石英砂均混填充结构人工湿地系统对COD、NH4+-N和TP的平均去除率分别为49.5%,40.1%和56.1%;比较而言,1～7 mm石英砂分层填充结构湿地系统对3种污染物的平均去除率分别为53.7%,60.4%和68.6%。方差分析表明,不同石英砂结构的人工湿地对COD、NH4+-N及TP的净化效果差异显著(p<0.05)。此外,不同水力停留时间条件下,基质填充结构不同的湿地系统对以上3种污染物的净化效果也存在显著差异(p<0.05),去除率随着水力停留时间的增加而升高,当HRT为36 h时,各系统均能取得较好的净化效果。     

垂直流微电解耦合人工湿地强化处理生活污水的研究

比较了普通垂直流人工湿地、上升垂直流微电解耦合人工湿地和复合垂直流微电解耦合人工湿地处理生活污水的效果。结果表明,两种微电解耦合人工湿地的启动时间比普通垂直流人工湿地缩短近一半。3种人工湿地对氨氮的去除率无显著差异。对COD和总磷的去除率大小均表现为:复合垂直流微电解耦合人工湿地上升垂直流微电解耦合人工湿地普通垂直流人工湿地。3种人工湿地对COD和总磷的去除率随水力停留时间(HRT)的延长而升高。HRT为3d时,上升垂直流微电解耦合人工湿地和复合垂直流微电解耦合人工湿地的出水COD平均质量浓度分别为29.06、19.86mg/L,总磷分别为0.46、0.39mg/L,均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A排放要求。由于复合垂直流微电解耦合人工湿地结构复杂、造价高,相比上升垂直流微电解耦合人工湿地对COD和总磷的去除率提高又不明显,故推荐使用上升垂直流微电解耦合人工湿地。     

不同基质在人工湿地脱氮中的应用及其研究进展

在比较了不同基质脱氮效率的基础上,认为基质作为人工湿地的重要组成部分,在为植物和微生物提供生长介质的同时,也能通过沉淀、过滤和吸附等作用直接去除污染物质,其中基质的类型、级配等因素会影响基质作用的发挥;不同基质对脱氮性能存在较大差异,沸石和蛭石是目前研究中脱氮效率较高的两种基质。在归纳了脱氮机制和影响因素的基础上,认为不同基质由于脱氮机制不同,脱氮性能和脱氮效率也存在较大差异;人工湿地基质所有理化性状都可能影响到它对污水的脱氮效率。最后,对今后的相关研究方向进行了展望。     

4种人工湿地基质对马拉硫磷的吸附特性

通过基质对马拉硫磷的等温吸附和吸附动力学实验,研究天然土壤、煤渣、沸石、砾石对马拉硫磷的吸附特性,为人工湿地处理含马拉硫磷废水提供理论依据.结果表明:马拉硫磷浓度为2.25 ～ 90 mg/L条件下,Langmuir和Freundlich方程均能较好地拟合4种基质对马拉硫磷的等温吸附过程,并且Freundlich方程的拟合效果要好于Langmuir方程.马拉硫磷的理论饱和吸附量大小依次为天然土壤(9.9304 mg/g)＞煤渣(1.6173 mg/g)＞沸石(0.6039 mg/g)＞砾石(0.3965 mg/g).4种基质对马拉硫磷的缓冲能力大小依次为天然土壤＞煤渣＞沸石＞砾石,即当进水马拉硫磷浓度波动较大时,作为湿地基质天然土壤使人工湿地系统维持稳定出水水质的能力最强.马拉硫磷浓度为4.5 mg/L条件下,吸附动力学模型Elovich方程能较好地拟合4种基质对马拉硫磷的吸附动力学特征,说明4种基质对马拉硫磷的吸附是表面吸附和内部扩散吸附共同作用的结果.因此,天然土壤和煤渣适宜作为处理含马拉硫磷废水的人工湿地基质.     

3种湿地填料对水体中氮磷的吸附特性研究

针对污染水体中氮磷超标问题,以海绵铁、沸石、砾石为填料,采用等温吸附、吸附动力学模型的方法开展3种湿地填料对氮磷吸附特性研究.结果表明:(1)填料对氮和磷的吸附均能用Langmuir和Freundlich方程描述.理论上对磷的吸附量依次为海绵铁＞沸石＞砾石;对氮依次为沸石＞海绵铁＞砾石.(2)双常数、一级动力学和Elovich方程动力学模型能够较好地描述填料对氮磷的等温吸附动力学特征,其中Elovich方程对3种填料的磷的吸附动力学特征描述更准确;一级动力学方程对沸石的氮的吸附动力学特征描述最精准.(3)填料对氮磷的吸附过程呈现先快后慢的整体趋势.从对氮磷的吸附量、吸附速率看,海绵铁和沸石能够作为人工湿地的填料对污水进行处理,并且经济方面较便宜,取用方便.     

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。     

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。     

土霉素在4种人工湿地基质上的吸附-解吸特性

为了研究土霉素在人工湿地基质床中的行为机制,本实验采用批量平衡方法研究了壤土、煤灰渣、粗砂和细砂等4种人工湿地基质材料对土霉素的吸附、解吸特性。结果表明,土霉素在人工湿地基质材料上的吸附可分为前4小时的快速吸附阶段和之后的慢速吸附阶段,14 h后达到吸附平衡,这一吸附平衡时间明显低于一般人工湿地系统的水力停留时间。可以认为,土霉素在人工湿地中有足够的时间吸附于基质层上,其吸附量的大小主要取决于基质材料的性质。土霉素在4种基质材料上的等温吸附实验表明,吸附等温线均呈非线性,用Freundlich方程能较好地对吸附数据进行非线性拟合。在4种人工湿地基质材料中,煤灰渣对土霉素的吸附作用最强,通过Freundlich方程拟合的吸附容量参数(KF)为280.2;其次为壤土,KF值为129.3;粗砂和细砂的吸附作用较弱,KF值分别为53.2和64.5。人工湿地基质材料对土霉素的吸附能力主要与基质有机质含量、粘粒含量、Fe2O3含量、阳离子交换量和Al2O3含量呈正相关。土霉素在4种人工湿地基质材料上的解吸均存在滞后现象,相对于壤土和煤灰渣,吸附于粗砂和细砂上的土霉素更容易被解吸下来。     

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.     

潜流、垂直流人工湿地污染物净化效果及耐污染负荷冲击能力研究

依托建立在新沂河河漫滩上的人工湿地中试工程进行现场试验,研究分析潜流和垂直流2种人工湿地对污染河水的净化效果及其耐污染负荷冲击能力。结果表明:在相同的进水高锰酸盐指数浓度条件下,垂直流对高锰酸盐指数的净化效果明显优于潜流;2种人工湿地对NH4+-N的去除率均比较高(平均去除率均高于80%),且没有明显差异;2种人工湿地构造不同引起的水流运行方式及截留、过滤作用的差异对高锰酸盐指数的去除影响较大,而对NH4+-N去除的影响较小;进水污染负荷变化对人工湿地污染物去除的影响显著,垂直流耐高锰酸盐指数污染负荷冲击能力明显强于潜流,而对NH4+-N污染负荷变化,两者都表现出了较强的耐受能力,差异不明显。     

模拟垂直潜流人工湿地大气复氧规律研究

为优化湿地设计、改善湿地处理效果,初步探讨了水力负荷、非饱和区运行距离、平均孔隙率和温度对湿地大气复氧量(DO)的影响,构建了垂直潜流人工湿地大气复氧模型.结果表明,垂直潜流人工湿地大气复氧量与水力负荷(q)、温度(T)负相关,与非饱和区运行距离(h)、平均孔隙率(ε)正相关;以不同浸润面高度运行时,大气复氧量可用DO=-1.035q+38.078ε+0.043h-0.115T-9.630表述;以变浸润线运行时,大气复氧量可用非饱和区运行距离复氧量的加权积分平均值表述.实测结果率定表明,该模型表述垂直潜流人工湿地大气复氧量合理可行.     

自制填料与常用湿地填料除磷能力的比较

用石英砂、石灰、水泥和铝粉等材料制作人工湿地填料,并对自制填料、粉煤灰块和钢渣等6种填料的等温吸附特性进行研究,发现自制填料在较低与较高浓度P溶液中吸附率都最高,在P浓度为(10～50 mg/L)时,平均吸附率达96.8%,其次是粉煤灰和钢渣,分别为87.6%和85.4%;填料对P的理论饱和吸附量分别为:自制填料(2 413.6 mg/kg)>粉煤灰块(1 605.8 mg/kg)>钢渣(1 277.5 mg/kg)>碎砖(451.6 mg/kg)>碎石(182.5 mg/kg)>砾石(18.4 mg/kg);填料中金属矿物成分含量高、比表面积大,是除P效果好的原因。