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。     

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.     

人工湿地脱氮除磷特性研究

针对流域水体富营养化加剧和二级处理水氮磷指标较高的问题,提出以人工湿地对二级出水继续低耗、理想地脱氮除磷。研究中通过对照不同进水水质条件下,不同结构人工湿地的脱氮除磷效能,探讨了人工湿地内的主要脱氮除磷途径。研究表明,表面流湿地内植物对氨氮吸收／吸附和硝化过程为主要氮转化途径,潜流湿地内直接反硝化过程为主要脱氮途径,脱氮效率30％～40％;磷在人工湿地内主要依赖除磷填料床的物化吸附、共沉淀去除,除磷效率达80％以上。     

复合垂直流与潜流人工湿地沿程脱氮除磷对比研究

针对复合垂直流和潜流人工湿地对COD、TP、NH_4~+-N、NO~3~--N和TN的沿程去除规律进行了对比研究.结果表明,夏季复合垂直流人工湿地的去除效果均好于潜流人工湿地.对于复合垂直流人工湿地,污染物的去除主要集中在下行流池,且在进水端0～20 cm对COD、TP、NH_4~+-N和TN都有快速降解的过程.对于潜流人工湿地,进水端0～40 cm主要是COD和TP的快速降解沉淀,之后硝化作用逐渐加强,潜流人工湿地沿程均会发生反硝化作用,TN浓度基本呈均匀下降趋势.     

粉煤灰碎砖颗粒除磷实验研究

磷含量过高会导致水体富营养化。人工湿地除磷简单经济,但常用填料砾石除磷能力有限。通过等温吸附实验和人工湿地模型实验研究粉煤灰碎砖颗粒的除磷效果,实验结果表明,Langmuir和Freundlich吸附方程可较好地描述吸附过程,粒径为4～6 mm的粉煤灰碎砖颗粒对磷素的理论饱和吸附量为21 277 mg/kg。当初始溶液...     

四种植物潜流人工湿地脱氮除磷的研究

分别以薏苡、风车草、茭白和美人蕉为植被构建潜流人工湿地(植物床),研究其对生活污水氮磷的净化功能及其去除率与水力停留时间(HRT)的变化规律.研究结果表明,各种植物床对TN、TP的去除率随HRT的延长而增加,不同植物床的脱氮除磷效果是不同的.美人蕉植物床对TN的去除效果最好,HRT为3 d时,TN去除率为56%;HRT为6 d时,TN去除率达76%.茭白植物床对TP的去除效果最好,HRT为3 d时,TP去除率达76%;HRT为6 d时,TP去除率达93%.其他植物床也有较好的脱氮除磷效果.各种植物床处理后出水TN、TP均较低, HRT为2 d时,出水TN均低于<城镇污水处理厂污染物排放标准>(GB 18918-2002)一级标准A标准;HRT为5 d时,出水TP均低于二级标准,其中茭白、美人蕉植物床处理后出水TP低于一级标准B标准.4种植物构建的潜流人工湿地对TN、TP的去除均满足一级反应动力学方程,且相关性显著.     

8种植物床人工湿地脱氮除磷的研究

分别以水葫芦、西洋芹、空心菜、水芹、混合种(黄菖蒲、千屈菜、再力花)、千屈菜、再力花、黄菖蒲等植物床构建潜流人工湿地,研究其对生活污水氮、磷的净化功能及其去除率与水力停留时间(HRT)的变化规律。结果表明,各种植物床对TN、TP的去除率随HRT的延长而增加,不同植物床的脱氮除磷效果是不同的。千屈菜植物床对TN的去除效果最好,HRT为3d时,TN去除率为56%;HRT为6d时,TN去除率达77%。再力花植物床对TP的去除效果最好,HRT为3d时,TP去除率达78%;HRT为6d时,TP去除率达96%。其他植物床也有较好的脱氮除磷效果。各种植物床处理后出水TN、TP均较低,HRT为3d时,出水TN均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准规定的限值(15mg/L),出水TP均低于GB 18918—2002二级标准规定的限值(3mg/L);7种植物床构建的潜流人工湿地(水葫芦的数据丢失)对TN、TP的去除均满足一级反应动力学方程,且相关性显著。     

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．     

生物炭和混凝土渣在人工湿地中除磷效应的对比

为了寻找适合西北农村地区人工湿地的除磷填料,结合西北地区温度特征,对混凝土渣和生物炭2种填料的除磷效应进行了对比研究;基于等温吸附实验和动力学吸附实验,构建了2种静态潜流人工湿地;通过模拟运行,对比验证了2种填料对生活污水中磷酸盐($ {{\rm{PO}}_{\rm{4}}^{{\rm{3 - }}}}$-P)的去除效果和稳定性。结果表明：与生物炭相比,混凝土渣对${ {\rm{PO}}_{\rm{4}}^{{\rm{3 - }}}}$-P吸附作用较好,吸附速率最快、吸附量最高达到了2.206 mg·g⁻¹;混凝土渣对$ {{\rm{PO}}_{\rm{4}}^{{\rm{3 - }}}}$-P吸附既有单层吸附,又有多层吸附,说明其吸附过程是非均匀的,而生物炭对$ {{\rm{PO}}_{\rm{4}}^{{\rm{3 - }}}}$-P的吸附多为单层吸附;在加入生活污水且$ {{\rm{PO}}_{\rm{4}}^{{\rm{3 - }}}}$-P平均浓度为4.6 mg·L⁻¹的条件下,水力停留时间(HRT)达到24 h后,混凝土渣湿地和生物炭湿地对$ {{\rm{PO}}_{\rm{4}}^{{\rm{3 - }}}}$-P的去除率分别达到了94.86%和86.37%。综合对比,混凝土渣更适宜作为西北地区潜流人工湿地除磷填料。以上研究结果可为人工湿地除磷提供选材参考。     

不同因素对人工湿地基质脱氮除磷效果的影响

在人工配制的污水中投入一定量的基质,不同条件下振荡培养,评价沸石、炉渣和陶瓷滤料3种基质在不同因素影响下对氨氮(NH4+-N)和总磷(TP)的吸附能力。结果表明,不同吸附时间时,沸石对NH4+-N的吸附效果最好,陶瓷滤料对TP的吸附效果最好;进水浓度对沸石吸附NH4+-N的影响较大,其吸附量随进水浓度的增大而增大,进水浓度对炉渣和陶瓷滤料吸附NH4+-N及炉渣吸附TP影响不大;3种基质对NH4+-N和TP的吸附量均是随吸附剂量的增加而降低,要达到较好的去污效果,应根据实验结果考虑基质投入量;pH值对沸石吸附NH4+-N影响显著,pH值6～7范围内吸附效果最好,pH值8～12的碱性条件有利于基质对TP的吸附。     

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％。     

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。     

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.     

2种动物对复合垂直流人工湿地基质中磷形态的影响

分别向复合垂直流人工湿地下行流池和上行流池中加入蚯蚓和泥鳅,研究动物加入后人工湿地基质中磷形态及去除效率的变化。结果表明,加入蚯蚓后,下行流池基质中铁铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)、有机磷和总磷的含量显著增加(p<0.05);加入泥鳅后,上行流池基质中Fe/Al-P含量无显著性变化,钙磷、有机磷、总磷含量增加。人工湿地加入蚯蚓后,基质中Ca-P占总磷的百分比下降,Fe/Al-P和有机磷占总磷的百分比增加;加入泥鳅后,基质中Ca-P占总磷的百分比也下降,而有机磷占总磷的百分比升高,该结果表明,蚯蚓和泥鳅促进了基质中Ca-P向有机磷的转化。加入蚯蚓的人工湿地对磷的去除率高于未加蚯蚓的人工湿地,其原因之一可能与加入蚯蚓后人工湿地基质总磷含量增加有关。     

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。     

处理湖水的垂直流湿地中陶粒的磷吸附特性

研究了净化城市湖泊(宜兴团汣)湖水的3个下行垂直潜流人工湿地(运行1年)中的不同深度层的陶粒对磷的吸附特性.结果表明,当标准液KH2PO4-P为5 mg/L和10 mg/L时,上层陶粒的磷吸附能力强弱依次是1#美人蕉湿地(2.98和4.63 mg/kg)﹥2#曝气湿地(1.78和3.71 mg/kg)﹥3#无植物湿地(1.56和3.42 mg/kg);下层陶粒的磷吸附能力从强到弱排序依次是:1#美人蕉湿地(3.51和5.43 mg/kg),3#无植物湿地(3.01和4.39 mg/kg),2#曝气湿地(2.44和4.14 mg/kg).综合对比,1#美人蕉湿地中陶粒具有更强的磷吸附能力,1#湿地中陶粒的磷吸附能力比后两者分别高出23.69%和31.16%.同一湿地的下层陶粒比上层陶粒有更强的磷吸附能力,当标准液中磷浓度为10 mg/L时,1#、2#和3#下层陶粒磷吸附量分别为上层陶粒的1.17倍、1.12倍和1.28倍.     

人工湿地基质对 NH+4-N 吸附性能简

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NH₄⁺-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0.2533 mg/g和0.0533 mg/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%。