木屑生物炭在雨水径流中的氮磷淋出和吸附特性

现阶段生物滞留系统的填料存在氮磷营养素淋出及吸附净化效果不稳定的问题.为评估木屑生物炭作为生物滞留系统过滤层填料的可行性,选用传统填料（椰糠、堆肥、陶粒和火山石）作为对比材料,通过理化性质测试、批量淋洗实验、等温吸附和解吸实验,研究木屑生物炭的基本性质、淋出特性和吸附特性,探究木屑生物炭对生物滞留系统的优化效果与改良机制.结果表明,经高温热解生成的木屑生物炭具有疏松和多孔的特性,饱和含水率为195.65%,持水效果好;热解后木屑生物炭表面的氮磷元素转换为稳定的化合物,在批量淋洗实验中其氮素淋出量低、淋出速度快,磷素淋出滞缓但在人造雨水径流的淋洗中保持线型负值增长,吸附效果稳定;在典型雨水径流浓度（2mg·L^-1的NH₄⁺及2mg·L^-1的PO₄^3-）下,木屑生物炭可吸附34.6mg·kg^-1的NH₄⁺和59.5mg·kg^-1的PO₄^3-,具有突出的综合吸附能力;NH₄⁺及PO₄^3-吸附平衡后的木屑生物炭在去离子水中的平均解吸率为21.23%和17.43%,吸附效果稳定.综上所述,木屑生物炭的施用可解决填料营养盐过剩淋出的问题,且具有较好的氮磷吸附效果,可用作生物滞留系统的填料解决雨水径流污染问题.     

复合填料生物渗滤系统处理城市雨水径流的研究

为有效控制无锡市道路雨水径流面源污染,根据当地径流污染的特点,设计了能去除多种道路径流污染物的复合填料生物渗滤系统,进行污染雨水净化效果的试验研究.结果表明,系统对道路雨水中的悬浮性颗粒物(SS)、耗氧有机污染物(COD)和氮磷污染物均具有明显的去除效果;所有类型的复合填料生物渗滤系统对于SS均具有较高的去除率,能够达到90%以上;以活性炭填料为主的渗滤系统(GAC)对于COD和磷类污染物的去除效果相对较优,以沸石填料为主的渗滤系统(ZFM)对氮类污染物的去除效果相对较优.木屑在系统中的添加能够有效提高系统对氮类污染物的去除率;在系统中混合分散放置木屑的装填方式相较于集中分层的装置方式能够减少木屑溶出物的释放,可使系统达到更高的COD和氮磷污染物的去除效率.     

组合填料对氮磷的吸附性能研究

以凹凸棒土、稻壳炭为主要研究对象,通过凹凸棒土与凹凸棒土、稻壳炭与稻壳炭、凹凸棒土与稻壳炭3种不同的填料组合进行对氮磷的吸附试验,对比不同组合对氮磷的吸附效率,研究其各自的吸附特性。结果表明,凹凸棒土对磷的吸附效率比较高,且去除率随浓度的提高逐渐增加,稻壳炭对氮的吸附效果比较好,且去除率随浓度的提高逐渐减弱,凹凸棒土与稻壳炭的组合虽然与单一吸附剂相比,N、P去除率略有下降,但是氮磷同步去除率提高。在动态吸附实验中,稻壳碳凹凸棒土组合填料在低中高3种浓度下对氨氮的去除效果随着运行时间的增加稳步上升,对磷酸根的去除效果随着运行时间的增加逐渐下降,且在4 h后达到吸附平衡。     

改良生物滞留系统强化对雨水径流中氮磷的去除

传统生物滞留池对N、P去除效果较差且不稳定,甚至会出现N、P的负去除现象.文章采用改良复合填料,结合双层填料和滤池饱和区组合设置,构建了4组模拟生物滞留实验柱,分别加入传统填料(C1)和改良复合填料(C2、C3、C4),并设置滤池饱和区的组合式排水系统以强化脱氮除磷效果.利用半合成模拟雨水作为实验进水对出水中氮磷的去除效率进行了评价和比较.此外,还评价了介质深度、干旱期对生物滞留柱中磷的截留和反硝化酶活性的影响.填充C2的实验柱对总磷的去除效果最佳(93.70％);填充C1的实验柱对总磷的去除效果较差(57.36％);填充C3的实验柱去除硝酸盐和总氮的性能最佳(分别为83.54％和92.15％).结果 表明,通过改良填料羟基铝蛭石污泥、双层填料和滤池饱和区组合设置,可以有效地改善径流水质,并可为高效雨水处理提供新的生物滞留池配置方法.     

给水厂污泥改良生物滞留填料除磷效果的研究

通过静态吸附实验研究了土壤、给水厂污泥对磷的吸附特性,采用生物滞留模拟柱,考察生物滞留技术对城市径流中磷的去除效果,评价以给水厂污泥改良填料的可行性.结果表明,给水厂污泥对磷的吸附能力远大于土壤.在进水磷浓度为1.0 mg·L-1条件下,传统填料模拟柱出水总磷随着进水量的增加浓度逐渐增大,而改良填料模拟柱表现出稳定的长期去除效果,经7个月的连续运行,改良填料模拟柱出水总磷的浓度仍小于0.050 mg·L-1,满足地表水Ⅲ类水质标准.根据静态吸附实验估算结果,相同的控制条件下,添加4%给水厂污泥的改良填料对磷的吸附能力约为传统填料的4倍.无定型铁铝的沉淀、吸附作用是改良填料截留进水中磷的主要机制,工程应用中可在填料中添加4%~5%比例的给水厂污泥以提高生物滞留设施控制受纳水体富营养化的效果.     

模拟生物滞留池强化径流雨水中的氮磷去除研究

为改善生物滞留池对径流雨水中氮和磷的去除效果,考察了不同组合填料和淹没区深度分别对总磷和硝酸氮的影响,找出最优工况,采用小试实验研究优化后的模拟生物滞留池对径流雨水中氮磷的去除效果。结果显示,最优工况是选择麦饭石组合填料,设置淹没区深度为35 cm。经优化后的模拟生物滞留装置在7场模拟降雨实验中,对COD、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN和TP去除率分别为:68.65%~82.86%、73.47%~91.69%、29.35%~74.56%、58.66%~74.88%和78.37%~93.90%。该装置对模拟径流中的污染物去除稳定,适合应用于道路滞留带。     

生物滞留系统去除雨水病原微生物的研究进展

雨水虽是一种可持续的非常规水源,但径流过程中携带的病原微生物对公共卫生及人类健康存在潜在风险。生物滞留系统是海绵城市建设中径流污染控制的常用源头措施,其不仅可去除常规性污染物,还可在一定程度上控制病原微生物,在雨水处理回用方面具有良好的应用前景。文章结合回用水质标准重点分析了生物滞留系统对病原微生物的削减效果,综述了强化型生物滞留系统对病原微生物的去除研究进展。传统生物滞留系统虽可有效去除病原微生物,但难以满足雨水回用要求,而选用抗菌性植物,增设抗菌填料或添加生物炭介质可显著提高系统对病原微生物的去除率。作者提出,今后的研究将重点关注雨水径流中病原微生物在生物滞留系统中的去除机理与过程模型,进而探寻系统的最佳运行条件与工艺设计参数,以提高系统对病原微生物的去除效果与稳定性。     

生物炭对氮磷物质的吸附作用机制研究

为探究生物炭对氮磷物质吸附作用机制,该文通过研究生物炭对氮磷纯溶液pH和可溶性物质(TDS)的影响规律,分析生物炭对氮磷吸附效果及作用机制。结果表明:添加生物炭的氮溶液pH和TDS高于未添加生物炭,生物炭对氮磷溶液pH和TDS的影响受溶液浓度和炭添加量共同影响。杨木炭对正磷酸盐去除率随溶液浓度增大而增大,生物炭对铵态氮去除率随炭添加量的增加而增大,较高的溶液浓度和生物炭量不利于生物炭对硝态氮的吸附。生物炭对氮磷吸附受溶液特性、炭特性、溶液浓度和炭添加量等多种因素影响,竹炭可用于对可溶性氮的吸附去除,杨木炭可用于对可溶性氮和正磷酸盐的吸附去除。     

浒苔生物炭对雨水径流中氨氮的吸附特性及吸附机制

为探究生物滞留池填料（浒苔生物炭）处理雨水径流氨氮（NH₄⁺-N）的去除效果及机制,进行室内批量吸附实验,在对浒苔生物炭进行碱改性（1、2和3 mol·L^-1 NaOH改性,分别标记为BC1、BC2和BC3）基础上,开展改性前后浒苔生物炭对NH₄⁺-N吸附性能研究.结果表明：①适宜浓度的碱改性提高了浒苔生物炭的比表面积和表面微观结构,增加了O元素含量,丰富了表面官能团,其中BC2改性效果最好.②浒苔生物炭对NH₄⁺-N的吸附在pH值9.0和生物炭投加量0.5 g·L^-1时,吸附量最大,BC1和BC2的吸附量比BC分别提高6.4%和10.8%,BC3则降低13.7%,BC2吸附效果最好,饱和吸附量达16.76mg·g^-1.③浒苔生物炭对NH₄⁺-N的吸附机制为单分子层的化学吸附,吸附过程受到生物炭的高pH值、孔隙的静电吸引以及表面羟基（-OH）、羧基（-COOH）和碳氧单键（C-O）等官能团的络合氧化等的促进作用.综上所述,适量的NaOH来改性浒苔生物炭能够提高对NH₄⁺-N的吸附效果,可作生物滞留池的填料来去除NH₄⁺-N污染.     

不同填料对大肠杆菌去除能力的研究

针对丘陵农村地区水质恶化、经济基础差及污水处理能力有限的状况,目前一般采用人工湿地和自然沟渠综合措施处理生活污水,但迄今仍缺乏针对水体病原菌污染的自然生态去除技术研究。为了筛选适宜去除病原菌的人工湿地填料,选用林地土、旱地土、水稻土、生物炭、无烟煤、沸石和石英7种填料,测定不同填料对大肠杆菌的去除能力,并通过在旱地土添加不同比例生物炭(0%、2%、5%、10%、20%、50%),探讨基于大肠杆菌去除容量与去除成本的旱地土与生物炭颗粒物复合物最佳比例。结果表明:不同填料介质生活污水大肠杆菌去除能力由强到弱依次为生物炭>无烟煤>水稻土>旱地土>林地土>沸石>石英;添加生物炭可增大湿地土壤孔隙度,有效提高单位时间内渗滤污水速率,及大肠杆菌的去除率,特别对大肠埃希氏菌去除效果更加明显;生物炭添加可延迟填料到达吸附饱和的时间,有效增加人工湿地处理容量。综合考虑大肠杆菌去除效率和生物炭添加成本等因素,人工湿地生物炭最优添加比例为20%。     

生物滞留设施对城市地表径流低浓度磷吸附基质研究

城市地表径流是淡水水体磷的重要来源之一.国际上生物滞留设施被广泛应用于城市地表径流污染的控制,其中基质组成是影响生物滞留设施除磷效果的主要因素.本研究探讨了紫色土与河砂混合作为生物滞留设施基质吸附去除城市地表径流低浓度磷的可行性.结果表明:山地城市重庆不透水地表(包括居住区道路、商业区道路、停车场以及交通干道)径流TP浓度变化范围为0.04~7.00 mg·L-1,均值为(0.75±1.08)mg·L-1;TDP浓度变化范围为0.02~0.46 mg·L-1,均值为(0.15±0.10)mg·L-1.根据重庆降雨特征与不透水地表径流磷污染特征,生物滞留设施规模为10%不透水面积,预期服务时间10a,基质对城市地表径流P的预期吸附量需达到7.5 mg·kg-1.中、酸性紫色土草酸浸提态Fe、Al含量影响P吸附能力,紫色土P吸附能力与草酸浸提态Fe和Al含量与磷含量之比(OR)呈显著正相关,20%紫色土与80%河砂混合基质可以满足重庆生物滞留设施基质对城市地表径流P的预期吸附量要求.20%紫色土与80%河砂混合基质(厚度60 cm)对P浓度0.30mg·L-1的进水长期模拟运行,出水P浓度均低于0.05 mg·L-1.利用紫色土和河砂混合基质吸附去除水文过程与水质变化情况下的城市地表径流低浓度P是可行的.     

生物滞留对城市地表径流磷的去除途径

根据武汉城市地表径流水文变化以及磷污染特征,通过1 a模拟运行监测,研究了生物滞留种植植物(狼尾草)、设置饱和带对城市地表径流溶解性磷(PO3-4-P)去除的影响及去除途径.结果表明,生物滞留采用75%河砂与25%当地黄棕壤混合基质,对地表径流PO3-4-P的平均去除率可达到90%以上.生物滞留种植狼尾草可显著降低出水PO3-4-P浓度.生物滞留设置饱和带可进一步提高对PO3-4-P的去除,不影响出水TP浓度.生物滞留通过基质吸附去除地表径流中的磷,表现为0~22.5 cm基质剖面中植物有效磷的增加,约占试验期间进水磷负荷的50%.从生物滞留系统磷输入(进水)与输出(出水与植物地上部分)角度分析,种植狼尾草一个生长周期地上部分吸收的磷可占进水磷负荷57.1%~76.1%,定期收割植物地上部分可作为城市地表径流磷可持续管理的主要途径.     

不同生物炭对磷的吸附特征及其影响因素

为了实现植物生物质资源化利用,选择5种生物质材料制备生物炭,通过比较5种生物炭材料的磷吸附能力,筛选出了2种磷吸附效果较佳的材料,并探明了筛选生物炭材料的理化性质及其对磷的吸附特征.结果表明,5种生物炭材料中,仅水稻秸秆和玉米秸秆生物炭对磷具有吸附能力.Langmuir等温吸附曲线表明,水稻秸秆生物炭对废水中磷的吸附能力强于玉米秸秆生物炭,理论最大吸附量为：水稻秸秆生物炭(9.78 mg·g^-1)>玉米秸秆生物炭(0.39 mg·g^-1).水稻秸秆生物炭的比表面积(148.30 m²·g^-1)和总孔体积(0.11 cm³·g^-1)远高于玉米秸秆生物炭8.26 m²·g^-1和0.03 cm³·g^-1,同时水稻秸秆生物炭有更高的Mg、 Ca、 Fe和Al元素含量.水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭对磷吸附的最佳pH为酸性;在不同的pH范围内（3.0～11.0）,水稻秸秆生...     

生物炭吸附雨水径流难生物降解有机氮效能及机制

有机氮（ON）在雨水径流氮素污染中起关键作用,但多数研究只关注可生物降解有机氮的生物转化去除,忽略了占比较高的难生物降解有机氮.以生物炭作为吸附剂,探究其对雨水径流典型难生物降解有机氮（吲哚）的吸附效能及机制.结果表明,原始生物炭对吲哚有较高的单位吸附量（45 mg·g^-1）,生物炭投加浓度为0.4 g·L^-1时其表面平均吸附位点利用度最高.H₂O₂和NaOH改性生物炭对吲哚的吸附量是原始生物炭的1.3倍和1.6倍,吸附机制包括疏水相互作用、氢键和π-π电子供体-受体（π-π EDA）作用,以疏水相互作用为主,其中H₂O₂改性通过增加生物炭表面含氧官能团来加强氢键和π-π EDA作用,而NaOH改性生物炭通过大幅提高生物炭比表面积来加强疏水相互作用,故NaOH改性吸附效果更优.综上,生物炭对难生物降解有机氮具有较强去除作用,通过NaOH改性还能大幅提高效率,故在雨水径流氮素污染较高的地区把NaOH改性生物炭作为生物滞留池中的填料有着极大的应用潜力.     

硅改性花生壳生物炭对水中磷的吸附特性

为实现花生壳资源化利用,通过硅酸钠溶液对花生壳进行浸渍改性,再热解制备成硅改性花生壳生物炭（Si-PSBs）,探究Si-PSBs对水中磷的吸附特性.结果表明,相比于未改性花生壳生物炭（PSB）,Si-PSBs对磷的吸附量明显增大,8%硅酸钠溶液改性的生物炭（8% Si-PSB）对磷的吸附量是改性前的3.9倍.SEM、FTIR和XRD等结果表明8% Si-PSB上有二氧化硅生成,二氧化硅影响吸附过程中源于生物炭的碳酸钙形态,提高了生物炭自身所含金属离子Ca²⁺的反应活性.强酸强碱环境中,8% Si-PSB对磷均具有良好的吸附效果.反应平衡后,8% Si-PSB和PSB对磷的吸附量分别在2.79 mg ·g^-1和0.71 mg ·g^-1上下浮动,对磷的吸附均更符合准二级动力学模型,说明反应以化学吸附为主.等温吸附实验数据采用Langmuir模型拟合度更高,说明8% Si-PSB和PSB对磷的吸附均以单层吸附为主.溶液中腐殖酸（HA）的存在抑制8% Si-PSB和PSB对磷的吸附.8% Si-PSB是一种低成本的新型除磷材料,可提高花生壳自身金属钙离子的利用程度.     

木醋液酸化生物炭与氮素配施对盐渍土壤活性氮及氨挥发的影响

以盐渍土壤为研究对象,通过吸附试验和室内土壤培养试验,分析生物炭及木醋液酸化生物炭与尿素配施后对盐渍土壤活性氮、脲酶活性和氨挥发的影响,为提高盐渍土壤氮素有效性提供理论和技术支撑.吸附试验表明,木醋液酸化生物炭提高了对铵态氮的吸附量,与生物炭相比,提高了2.28%～18.18%.土壤培养试验表明,与单施尿素处理相比,生物炭和木醋液酸化生物炭与尿素配施处理使土壤硝态氮、铵态氮分别减少了0.72%和25.26%、 1.11%和16.93%;提高了土壤可溶性有机氮和可溶性全氮含量.木醋液酸化生物炭与尿素配施提高了脲酶活性,而生物炭与尿素配施处理则降低了土壤脲酶活性.木醋液酸化生物炭与尿素配施处理氨挥发累积量在不同培养时期均低于单施尿素处理及生物炭与尿素配施处理,且能降低土壤的pH,而未改性的生物炭则提高了土壤pH.因此,在盐渍土区,采用木醋液对生物炭进行酸化后再与氮肥配合施用,不仅有效降低了土壤pH,提高土壤脲酶活性以及可溶性有机氮含量,还可以适当降低土壤铵态氮和硝态氮含量,减少氨挥发,有利于减少土壤无机氮素的损失和提高盐渍土壤氮素有效性.     

三峡水库水体溶解磷与颗粒磷的输移转化特征分析

根据河流上、下游断面间水、沙和磷的输运系数差异,建立了一种分析河流水体磷的输移转化特征的判定方法.基于2015年1月(枯水期)和7月(丰水期)三峡水库的径流量、输沙量和水体磷形态数据,应用该方法分析了三峡水库水体磷的输移转化特征.结果表明,两个水期三峡水库水体均以TDP为主要磷形态,TDP通量占总磷(TP)通量的51%～96%;枯水期,三峡水库TDP表现为移出作用,主要由三峡拦坝蓄水促进泥沙颗粒吸附TDP引起,丰水期则表现为添加作用,与外源性含高浓度TDP的水量输入有关.在两个水期,三峡全库区泥沙和TPP均呈明显的沉降滞留特征,且TPP相对于沙量呈添加作用,一定程度上说明TDP被泥沙颗粒吸附而转化为TPP作用相对更强.三峡水库清溪场至万州段为水、沙和磷的主要滞留区域,与该区段泥沙颗粒粒径细化、颗粒吸附磷能力增强有关.     

载氧化镁水生植物生物炭的特性表征及对水中磷的吸附

为去除富营养化水体中的磷并实现水生植物的资源化利用,以水生植物芦苇和互花米草为原材料,通过MgCl_2改性制备了不同Mg~(2+)和植物配比的共12种生物炭,考察对水体中磷的吸附能力及镁改性前后生物炭特性的差异.结果表明,当Mg~(2+)与芦苇、Mg~(2+)与互花米草的质量比为0.48、0.36时,制得的两种生物炭对20 mg·L~(-1)磷的吸附能力最强,分别为8.52 mg·g~(-1)和9.21 mg·g~(-1),是未改性时的79倍和66倍;对溶液中20mg·L~(-1)磷的去除率分别达到85.2%和92.1%.改性后芦苇和互花米草生物炭C、H、N含量减少,Mg含量分别增加到22.77%和23.46%.芦苇生物炭改性后比表面积减小了118.71 m~2·g~(-1),互花米草生物炭增加了22.59 m2·g~(-1);二者孔容和平均孔径均有所增加.改性前后生物炭的表面官能团种类相同.XRD测试指出MgO为改性生物炭的复合纳米颗粒中最主要的晶相;SEM展现了布满MgO的改性生物炭表面及孔道.机理分析表明,MgO是生物炭吸附磷的关键.