人工濕地不同填料組合去除典型污染物的研究
摘要：選取沸石、火山巖、空心磚、鋼渣4種填料，通過對水中典型污染物的等溫吸附試驗，進行填料組合方式的優(yōu)化配比.選取優(yōu)化后的配比組合模擬人工濕地基質(zhì)系統(tǒng)進行動態(tài)試驗，進一步考察分析不同填料組合對污染物去除效果的差異.實驗結(jié)果表明，Langmuir模型能夠較好地模擬填料對氮、磷的吸附過程.各填料對NH4+-N的飽和吸附量大小為沸石（2388.92mg·kg-1）>空心磚（618.39mg·kg-1）>火山巖（310.84mg·kg-1）；對磷的飽和吸附量大小為空心磚（3051.57mg·kg-1）>鋼渣（2863.69mg·kg-1）>火山巖（1102.78mg·kg-1）>沸石（717.15mg·kg-1）.在動態(tài)試驗中，不同的填料組合對污染物具有不同的去除效果.綜合考慮各填料組合對污染物的去除，選取效果最優(yōu)的填料組合為ZH11（沸石與空心磚質(zhì)量比1：1混合），其對COD、NH4+-N、NO3--N、TP的去除率分別達到62.40%、95.54%、59.82%和97.50%.
關(guān)鍵詞：人工濕地，填料組合，沸石，鋼渣
人工濕地作為一種低投資、低能耗、抗沖擊能力強、運行管理簡單的環(huán)境友好型污水處理技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)改善與生態(tài)功能恢復(fù)中．填料是人工濕地的重要組成部分，對水體中氮、磷的去除起到了主要的作用．在人工濕地中，填料能夠通過吸附、沉淀、過濾等物理化學(xué)作用去除水體污染物，還可以通過為微生物附著和植物生長提供適宜條件來達到生物除氮、磷的目的．填料的理化性質(zhì)對水體污染物的去除具有一定影響．國內(nèi)外學(xué)者對人工濕地填料進行了大量研究．最常見的人工濕地填料包括沸石、頁巖、粉煤灰、礫石、火山巖、陶粒、磚塊、鋼渣等．沸石是一種架狀構(gòu)造的含水硅鋁酸鹽礦物，晶體內(nèi)部存在大量有序排列、大小均勻、彼此貫通并與外界相連的孔穴和孔道，這種獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了其具有良好的吸附性能．趙占軍等（２０１１）比較了沸石、圓陶粒、粗砂、頁巖、礫石對ＮＨ＋４-Ｎ的吸附效果，結(jié)果表明，沸石對ＮＨ＋４?Ｎ的吸附容量最大．空心磚由粉煤灰、頁巖等材料燒結(jié)而成，具有比表面積大、不易流失、不易板結(jié)等優(yōu)點．章芳等（２００６）比較了粉煤灰、空心磚、煤渣、活性炭４種填料對氮、磷的吸附性能，結(jié)果表明，空心磚對ＮＨ＋４-Ｎ及磷的吸附容量明顯高于其它幾種填料．火山巖具有良好的表面活性和孔隙結(jié)構(gòu)，除自身具有一定吸附能力外，還能為菌膠團提供較好的生長環(huán)境．鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，它含有豐富的游離氧化鈣、膠體氧化鐵和氧化鋁等物質(zhì)，對污水中磷的吸附速率較快、吸附容量較高.
從已有文獻看，關(guān)于單種填料對氮、磷等污染物去除的研究已較多，但針對混合填料不同配比組合對污染物去除的研究較少．混合填料不同的性質(zhì)不僅為人工濕地基質(zhì)系統(tǒng)中微生物提供了更加多樣的生長環(huán)境，且不同填料對不同污染物去除的優(yōu)勢互補，可以提高污染物總體的去除效果，因此，進行混合填料不同配比組合對污染物去除效果的研究具有重要意義.
本研究選取沸石、火山巖、空心磚、鋼渣４種填料，通過等溫吸附試驗考察不同填料組合方式對氮、磷等污染物的去除效果．然后，根據(jù)試驗結(jié)果選取對氮、磷具有穩(wěn)定去除效果的填料組合方式進行模擬人工濕地基質(zhì)系統(tǒng)的動態(tài)試驗，考察不同填料組合方式在連續(xù)運行狀態(tài)下對污水中ＣＯＤ、ＮＨ＋４-Ｎ、ＮＯ－３-Ｎ、ＴＰ的處理效果．同時，對填料柱中不同填料段對污染物的去除效果進行考察，為人工濕地填料的選擇及優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù).
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