加气混凝土砌块吸附初期径流中磷的效果与机制

为发掘具有高效除磷性能的新型基质,提高人工湿地处理初期径流能力。选用废弃的加气混凝土砌块(加气块)作为实验材料,通过吸附动力学、吸附等温线实验及磷形态分析实验等探究其对磷的吸附机制,并将其作为基质应用于人工湿地中处理初期降雨径流,与传统基质砾石作对比,考察湿地除磷效果。结果表明:吸附过程随时间呈现快速吸附、缓慢平衡的特点,且可用准二级动力学方程拟合;吸附过程中溶液的pH、Ca~(2+)浓度均随时间增加而升高;Langmuir吸附等温方程相较于Freundlich可更好地描述加气块对磷的等温吸附过程,最大吸附容量(Q_m)为4 170.71 mg·kg~(-1);吸附主要是以Ca-P形式的化学吸附,且不易解吸。加气块湿地除磷效果明显优于砾石湿地。因此,将加气块应用于湿地处理初期经流,能有效提高湿地除磷能力。     

基于除磷效果的人工湿地基质组合筛选及影响因素的动力学分析

选取6种人工湿地基质进行磷吸附实验,利用Langmuir和Freundlich两种等温吸附模型对6种基质的磷吸附能力进行对比,将吸附效果最佳的3种基质按不同比例混合构建混合基质,筛选磷吸附效果最佳的混合基质在不同浓度、温度和粒径下进行磷吸附动力学分析。结果表明,沸石、陶瓷滤料和石灰石以质量比3:1:1配比时获得的混合基质(FTS311)除磷效果最优,提高温度、增加进水TP质量浓度、减小基质粒径均有助于提高FTS311对TP的平衡吸附量,温度越高,一级动力学吸附速率常数越低,吸附反应进行的越慢,进水TP浓度越小越有利于磷的吸附去除,粒径变化对TP的吸附动力学速率影响不大,但增加FTS311粒径会降低其对TP的吸附量。     

模拟煤灰渣垂直潜流人工湿地的除磷性能分析

为确定煤灰渣作为垂直潜流人工湿地基质的可行性,通过静态吸附实验和煤灰渣去除生活污水中的磷素实验,表明煤灰渣对污水中磷素的吸附平衡时间较短,吸附速率较快.当温度降低时,煤灰渣的磷素吸附容量对吸附平衡浓度依赖性和吸附强度随之降低,最大理论吸附容量亦降低 83.10% .在处理0.5 m 3 /(m2·d)的生活污水中,煤灰渣对TP的平均去除率达86.03%,吸附方式包括物理吸附和化学吸附,同时得出煤灰渣最大磷素解析量占最大理论吸附容量的0.73%,在实际人工湿地应用中应注意磷素解析而形成的二次污染.     

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。     

不同基质复合垂直流人工湿地对富营养化景观水的净化效果

研究了两套不同基质复合垂直流人工湿地小试装置在不同季节对富营养化景观水的净化效果,分析了温度变化对污染物去除效果的影响,考察了微生物的硝化强度和反硝化强度以及基质理化性质对植物生长状况的影响,并探讨了氮、磷的去除途径.结果表明:不同基质复合垂直流人工湿地随季节变化对浊度、COD和磷的去除效果差异不明显;温度降低对脱氮效果影响显著,对磷的去除影响不大.沸石-页岩湿地硝化强度和反硝化强度优于砾石湿地.采用沸石作为基质可以提高系统对氮的去除效率,促进湿地植物的生长.对氮、磷去除途径的分析表明:微生物的硝化反硝化作用以及基质对磷的吸附沉淀作用是复合垂直流人工湿地去除氮、磷的主要途径;植物吸收分别占湿地TN、TP去除量的16%和35%左右,也是个重要途径.     

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。     

种植不同植物的表面流人工湿地净化效果和微生物群落差异分析

为了解植物种类对表面流人工湿地的净化效果的影响及其与微生物群落的关系,研究了4种植物条件下表面流人工湿地的氮磷平衡以及微生物群落结构。结果表明,各组人工湿地对氨氮(45.53%～80.95%)、总氮(53.67%～80.30%)和总磷(32.97%～55.77%)都有较好的处理效果,种植植物的人工湿地比未种植的人工湿地具有更高的氨氮、总氮和总磷去除效果,其中黄菖蒲组对氮的去除效果最好,美人蕉组对磷的去除效果最好。在表面流人工湿地中,微生物作用(34.84%～45.44%)是人工湿地氮去除的主要途径,基质吸附(20.90%～23.91%)是人工湿地磷去除的主要途径,但是种植植物的人工湿地的氮磷通过微生物去除的量更高。高通量测序分析表明,相较于未种植植物的人工湿地,种植植物的人工湿地显示出更高的微生物丰富度、多样性和更高的脱氮除磷功能微生物的丰度。假单胞菌属、不动杆菌属、芽孢杆菌属和硝化螺菌属是人工湿地中主要的脱氮菌属,也是种植植物的人工湿地高生物脱氮的原因。假单胞菌属和不动杆菌属丰度增加是种植植物的人工湿地高生物除磷的原因。     

垂直流人工湿地系统对污水磷的净化效果

用煤灰渣人工土壤和风车草组成的垂直流人工湿地系统对化粪池出水中总磷和无机磷的去除率分别达到75 %— 92 %和 73%— 92 % ,其处理出水中总磷和无机磷浓度大部分低于 1mg/L ,达到了城市污水二级生化处理的二级排放标准。垂直流煤灰渣人工湿地系统对磷的去除作用主要有 :物理作用、化学吸附与沉淀作用和微生物同化作用以及植物摄取等作用 ,其对化粪池出水中总磷的去除率分别为 2 2 .8%、5 0 %— 6 5 %和 1%— 3%。     

垂直流人工湿地系统对污水磷的净化效果

用煤灰渣人工土壤和风车草组成的垂直流人工湿地系统对化粪池出水中总磷和无机磷的去除率分别达到75％－92％和73％－92％，其处理出水中总磷和无机磷浓度大部分低于1mg/L，达到了城市污水二级生化处理的二级排放标准。垂直流煤灰渣人工湿地系统对磷的去除作用主要有：物理作用、化学吸附与沉淀作用和微生物同化作用以及植物摄取等作用，其对化粪池出水中总磷的去除率分别为22．8％、50％－65％和1％－3％。     

3种不同基质潜流湿地对磷的去除效果

基质是潜流式人工湿地污水处理系统的重要组成部分,直接影响到系统的处理效果.本文研究了由沸石、页岩陶粒和碎石3种不同基质构建的潜流式人工湿地对磷的去除效果.结果表明,在设计水力停留时间3 d,连续进出水情况下,碎石单元对磷的去除效果最好,页岩陶粒单元次之,沸石单元效果最差,平均去除率分别为95%、60%和35%.在潜流式人工湿地污水处理系统运行初期观察到磷释放现象,沸石单元最为明显.进水磷浓度较低时,磷的去除率随浓度升高而升高,当正磷、总磷浓度分别升高到2.4～2.5和3.1～3.3 mg/L时,正磷、总磷的去除率开始迅速下降.