人工湿地不同填料组合去除典型污染物的研究
摘要：选取沸石、火山岩、空心砖、钢渣4种填料，通过对水中典型污染物的等温吸附试验，进行填料组合方式的优化配比.选取优化后的配比组合模拟人工湿地基质系统进行动态试验，进一步考察分析不同填料组合对污染物去除效果的差异.实验结果表明，Langmuir模型能够较好地模拟填料对氮、磷的吸附过程.各填料对NH4+-N的饱和吸附量大小为沸石（2388.92mg·kg-1）>空心砖（618.39mg·kg-1）>火山岩（310.84mg·kg-1）；对磷的饱和吸附量大小为空心砖（3051.57mg·kg-1）>钢渣（2863.69mg·kg-1）>火山岩（1102.78mg·kg-1）>沸石（717.15mg·kg-1）.在动态试验中，不同的填料组合对污染物具有不同的去除效果.综合考虑各填料组合对污染物的去除，选取效果最优的填料组合为ZH11（沸石与空心砖质量比1：1混合），其对COD、NH4+-N、NO3--N、TP的去除率分别达到62.40%、95.54%、59.82%和97.50%.
关键词：人工湿地，填料组合，沸石，钢渣
人工湿地作为一种低投资、低能耗、抗冲击能力强、运行管理简单的环境友好型污水处理技术，已被广泛应用于水质改善与生态功能恢复中．填料是人工湿地的重要组成部分，对水体中氮、磷的去除起到了主要的作用．在人工湿地中，填料能够通过吸附、沉淀、过滤等物理化学作用去除水体污染物，还可以通过为微生物附着和植物生长提供适宜条件来达到生物除氮、磷的目的．填料的理化性质对水体污染物的去除具有一定影响．国内外学者对人工湿地填料进行了大量研究．最常见的人工湿地填料包括沸石、页岩、粉煤灰、砾石、火山岩、陶粒、砖块、钢渣等．沸石是一种架状构造的含水硅铝酸盐矿物，晶体内部存在大量有序排列、大小均匀、彼此贯通并与外界相连的孔穴和孔道，这种独特的内部结构决定了其具有良好的吸附性能．赵占军等（２０１１）比较了沸石、圆陶粒、粗砂、页岩、砾石对ＮＨ＋４-Ｎ的吸附效果，结果表明，沸石对ＮＨ＋４?Ｎ的吸附容量最大．空心砖由粉煤灰、页岩等材料烧结而成，具有比表面积大、不易流失、不易板结等优点．章芳等（２００６）比较了粉煤灰、空心砖、煤渣、活性炭４种填料对氮、磷的吸附性能，结果表明，空心砖对ＮＨ＋４-Ｎ及磷的吸附容量明显高于其它几种填料．火山岩具有良好的表面活性和孔隙结构，除自身具有一定吸附能力外，还能为菌胶团提供较好的生长环境．钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，它含有丰富的游离氧化钙、胶体氧化铁和氧化铝等物质，对污水中磷的吸附速率较快、吸附容量较高.
从已有文献看，关于单种填料对氮、磷等污染物去除的研究已较多，但针对混合填料不同配比组合对污染物去除的研究较少．混合填料不同的性质不仅为人工湿地基质系统中微生物提供了更加多样的生长环境，且不同填料对不同污染物去除的优势互补，可以提高污染物总体的去除效果，因此，进行混合填料不同配比组合对污染物去除效果的研究具有重要意义.
本研究选取沸石、火山岩、空心砖、钢渣４种填料，通过等温吸附试验考察不同填料组合方式对氮、磷等污染物的去除效果．然后，根据试验结果选取对氮、磷具有稳定去除效果的填料组合方式进行模拟人工湿地基质系统的动态试验，考察不同填料组合方式在连续运行状态下对污水中ＣＯＤ、ＮＨ＋４-Ｎ、ＮＯ－３-Ｎ、ＴＰ的处理效果．同时，对填料柱中不同填料段对污染物的去除效果进行考察，为人工湿地填料的选择及优化提供科学依据.
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