模拟煤灰渣垂直潜流人工湿地的除磷性能分析

净水技术WATER PURIFICATION TECHNOLOGY Vol.33，No.s2,2014 Septmber15th,2014净水技术2014，33（s2）：19-22Water Purification Technology水体中的磷素污染是富营养化的成因之一，水体中磷的去除方法很多，人工湿地被认为可有效去除水体中磷素污染物，其原理是通过植物的吸收、基质的物理化学和微生物的积累等作用共同完成的。

其中湿地中的基质对磷素的吸附起决定性作用[1]。

国内外的研究表明，富含铁铝质和钙的基质对污水中的磷去除能力较强，而硅质含量高的基质对污水中磷的去除能力则较差[2，3]。

作为人工湿地建造过程中常用基质之一，高炉渣因其钙元素远低于砾石、煤灰渣和沸石等物质，而硅、铝等元素远高于钢渣。

理论上对磷素的吸附是否有较大容量还需深入研究[4-9]。

本文主要研究高炉渣对污水中磷素污染物的吸附机理、吸附方式、吸附速率、理论吸附量以及其二次解析量等，为以高炉渣作为人工湿地基质的相关工程项目提供技术参数参考。

1材料和方法1.1试验材料来源及主要矿物含量以上海某炼钢公司高炉渣为试验对象，基质粒径为10～15mm。

高炉渣的主要矿物质含量如表1中所示[5]。

1.2高炉渣的静态吸附试验1.2.1高炉渣磷素吸附平衡分析在200±1r／min，25±0.5℃条件下做磷素吸附平衡试验，先称取3份上述高炉渣各20g，置于250mL三角烧瓶中，加入200mL4mg／L磷素浓度（以P计，下同）的KH2PO4标准溶液置于恒温摇高炉渣垂直潜流人工湿地的除磷性能分析朱柳峰（上海市宝山区给排水管理所，上海310113）摘要为确定高炉渣作为垂直潜流人工湿地基质的可行性，通过静态吸附试验和高炉渣去除生活污水中的磷素试验。

得出高炉渣对污水中磷的吸附平衡时间相对较短，吸附速率相对较快；当温度下降时，高炉渣的磷吸附容量对吸附平衡浓度依赖性随温度的降低而降低，最大理论吸附量升高了6.34%；在处理0.5m3／（m2·d）的生活污水中，高炉渣对TP的平均去除率只有40%，吸附方式包含物理吸附和化学吸附；同时得出高炉渣最大磷素解析量分别占最大吸附量的0.68%，因而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。

模拟陶粒垂直潜流人工湿地的除磷性能分析摘要：为确定陶粒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陶粒去除生活污水中的磷素实验，得出陶粒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，陶粒的磷素吸附容量对吸附平衡浓度依赖性随之降低，最大理论吸附量升高了131.97%，而其吸附强度有微小下降；同时得出陶粒最大磷素解析量占最大吸附量3.67%，因而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。

关键词：陶粒；人工湿地；磷素；基质；吸附人工湿地对磷素污染物的去除是通过微生物的积累、植物的吸收作用和基质的物理化学作用等协同完成的，而其中最主要的是基质对磷素的吸附作用[1]。

国外有学者研究认为，富含钙和铁铝质的基质，净化污水中磷素的能力较强，而硅质含量较高的基质净化能力较差[2,3]。

陶粒作为实际人工湿地建造过程中最常用的基质之一，因其钙元素远低于高炉渣和钢渣，而硅、铝等元素远高于高炉渣和钢渣。

理论上是否具备磷素较大吸附容量的条件值得探讨。

本文从陶粒对污水中磷素污染物的吸附速率、理论吸附量、吸附机理和方式及其二次解析量等角度开展研究，从而为陶粒作为人工湿地基质时提供去除污水中磷素的参数。

1 材料和方法1.1试验材料来源及主要矿物含量实验所需的陶粒取自于上海市内料场，基质粒径为10～15mm。

陶粒的主要矿物含量详见表1。

1.2陶粒的静态吸附实验1.2.1陶粒磷素吸附平衡分析称取上述陶粒20克3份置于250mL三角烧瓶中，加入4mg/L磷素浓度（以P计，下同）的KH2PO4标准溶液200mL置于恒温摇床中，在200±1r/min、25±0.5℃条件下每隔一段时间测其上清液浓度的变化，计算陶粒吸附磷素的数量，取其平均值，绘制陶粒磷素吸附量变化曲线。

表1砾石的主要矿物含量（以氧化物计，%）Table 1 The contents of major mineral elements in Ceramsite1.2.2陶粒磷素吸附等温线实验称取上述陶粒20克置于250mL三角烧瓶中（共8组，每组各3份平行样），每组分别加入不同磷素浓度（0、2.5、5、10、20、40、80、160mg/L）的KH2PO4标准溶液200mL置于恒温摇床中，在200±1r/min、25±0.5℃和5±0.5℃条件下48h 后离心，测其上清液磷素浓度，根据其浓度的变化，计算陶粒磷素吸附的数量，取其平均值，绘制陶粒磷素吸附等温曲线。

《人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，水体富营养化问题日益严重，其中氮、磷等营养物质的过量排放是主要诱因之一。

人工湿地作为一种自然与人工相结合的生态系统，具有成本低、维护简便、生态友好等优点，在污水处理特别是脱氮除磷方面表现出良好的应用前景。

本文旨在探讨人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展，为湿地生态系统的优化提供理论支持。

二、人工湿地的基本构成与工作原理人工湿地主要由基质、水生植物、填料及微生物等部分组成。

水体在流经湿地时，通过物理、化学及生物的三重作用，实现污染物的去除。

其中，脱氮除磷是人工湿地的主要功能之一。

三、人工湿地脱氮除磷的效果研究（一）脱氮效果研究人工湿地对氮的去除主要通过微生物的硝化-反硝化作用实现。

研究表明，人工湿地能有效去除水中的氨氮和亚硝酸盐氮，特别是通过合理设计湿地系统和优化植物种类后，脱氮效率可显著提高。

（二）除磷效果研究人工湿地通过吸附、沉淀及生物吸收等多种方式去除磷。

研究表明，湿地中的铁锰氧化物和氢氧化物等对磷有较强的吸附能力，同时植物对磷的吸收也是除磷的重要途径。

此外，湿地中的微生物活动也有助于磷的去除。

四、人工湿地脱氮除磷的机理研究（一）微生物作用微生物在人工湿地脱氮除磷过程中发挥着重要作用。

通过硝化-反硝化作用，微生物能将氨氮转化为氮气，从而从湿地系统中去除。

此外，一些微生物还能通过代谢活动吸收和转化磷。

（二）物理化学作用人工湿地中的基质如沙、石、土壤等，通过吸附、沉淀等物理化学作用，有助于去除水中的氮、磷等物质。

此外，湿地中的氧化还原反应也为脱氮除磷提供了有利条件。

五、研究进展与展望近年来，关于人工湿地脱氮除磷的研究取得了显著进展。

在湿地设计、植物种类选择、微生物群落研究等方面均取得了重要突破。

然而，仍存在一些亟待解决的问题，如湿地的长期运行效果、对不同污染负荷的适应性等。

未来研究需进一步优化湿地设计，提高脱氮除磷效率，同时加强湿地生态系统的综合管理和维护。

垂直流人工湿地对污水中氮磷及有机物的去除和机理的开题报告一、研究背景及意义水是生命之源，是人类生产和生活中不可或缺的重要资源。

但是，随着城市化进程的加快和经济发展的不断提高，人类对水资源的需求量也在不断增加。

同时，城市化和工业化也加速了水体的污染，使水资源的质量受到了严重影响。

其中，废水中的氮、磷和有机物是主要的水污染物之一，对水体环境和生态系统的破坏尤为严重。

针对废水中的氮、磷和有机物的污染，目前常用的处理方法包括生物膜法、生物接触氧化法、厌氧反应器法等方法，但是这些方法存在着处理效率不高、耗能高、操作复杂、运行成本高等问题。

与其它处理技术相比，垂直流人工湿地具有处理效果好、占地面积小、投资成本低、运行稳定等优点，被广泛应用于废水的处理领域。

因此，对垂直流人工湿地处理污水中氮、磷和有机物的机理进行深入研究和探讨，对于提高废水处理效率和减少运行成本，具有重要的理论和实践意义。

二、研究内容和目的本研究旨在探究垂直流人工湿地对污水中氮、磷和有机物的去除机理，以及其对污水质量提升的作用。

具体内容包括：1. 对垂直流人工湿地的基本原理和工作原理进行介绍，阐明其工作机制和处理原理。

2. 对垂直流人工湿地的处理效果进行研究，分析其对污水中氮、磷和有机物的去除效率和处理时间的关系。

3. 对垂直流人工湿地的微生物群落进行分析，探讨厌氧和好氧微生物的生长和代谢规律。

4. 探究垂直流人工湿地在不同环境因素下的去除效果和机理，深入探讨其对氮磷和有机物去除的影响因素和机理。

5. 对于垂直流人工湿地与其他污水处理设施相比较，进行性能比较和经济成本分析，探讨不同工艺优缺点以及适用范围。

通过以上研究，旨在深入探讨垂直流人工湿地处理污水中氮、磷和有机物的机理，为增强废水处理效率提供科学依据，同时期望推进污水处理技术的改进和进步。

人工湿地填料的种类人工湿地填料主要分为三大类：天然材料、工业副产品和人造产品。

传统的天然材料包括土壤、泥炭、粗砂和砾石，但研究表明沸石、蛭石和石灰石等填料的处理污水能力要远远好于传统天然填料。

工业副产品主要有灰渣、高炉渣、粉煤灰、钢渣和细砖屑等。

人造产品主要包括陶粒、陶瓷滤料和塑料等。

随着研究的不断深入，各种新型填料不断应用于人工湿地。

本章节将介绍几种常用填料的性能研究进展，并列出了人工湿地相关标准中推荐的填料类型及要求（见表2.1）。

表2.1中列出了各个标准中推荐的填料种类及要求。

这些标准包括XXX规范、XXX规范、北京规范、天津规程、上海规程、浙江规范、山东指南、云南规范、宁夏规范和江苏规程。

这些标准中推荐的填料种类包括石灰石、火山岩、沸石、页岩、陶粒、矿渣、炉渣、粗砂、石英砂、石、高炉渣、碎石、石灰石、卵石和塑料等。

这些填料具有一定的机械强度、较大的孔隙率、比表面积和稳定性，并且取材方便、价格低廉。

人工湿地的基质中钙、铁、铝、镁含量均不能低于20%，以保证较高的氮、磷去除率；潜流型人工湿地基质的孔隙率宜控制在35%～40%。

填料安装后，湿地的孔隙率不宜低于0.3.因此，在选择填料时，应结合其特点充分发挥其作用。

总之，不同种类的填料性能各有差异，需要根据具体情况进行选择和应用。

填料的选择在人工湿地的设计中非常重要。

常用的填料包括河沙、石英砂、砾石、卵石、石灰等，这些填料具有一定的机械强度、空隙率、表面粗糙度和尽可能大的表面积，以及良好的生物、化学和热力学稳定性。

同时，陶粒、矿渣、无烟煤和草炭等也被广泛使用，可以采用沙石的搭配。

在使用填料之前，应该预先清洗干净，并按照设计确定的级配要求充填。

火山岩是一种形状不规则的颗粒，颜色为红黑褐色，表面粗糙，具有多微孔和平均孔隙率在40%左右的特点。

这种填料具有比表面积大、生物化学稳定性好的特点，适合微生物在其表面生长和繁殖，能够保持较多的微生物量。

一般人工湿地填料选取的火山岩粒径范围为5-50 mm。

洛阳理工学院毕业设计（论文）题目人工湿地法对生活污水中氮磷的去除效果研究姓名王驰系（部）环境工程与化学系专业环境工程指导教师吴长航2013年6月2日人工湿地法对生活污水中氮磷的去除效果研究摘要为了探索生活污水中N、P去除,在实验室用柱状渗滤池模拟人工湿地采用混合土为介质,探究人工快速渗滤系统对城市生活污水中N、P的去除。

研究不同介质配比,淹水时间,湿干比等3种因素组合对污水处理的最优运行模式。

试验结果表明:通过选取混合土为介质及调整以上3个参数处理生活污水是可行的;实验统计得出最优模型：当介质为40%土壤（黄粘土）+煤渣+砾石时对氨氮和磷的去除率分别为62.17%和84.67%，出水浓度分别为13.24mg/L和0.46mg/L，都达到国家一级排放标准。

在水资源短缺、水污染日趋严重的今天,人工快速渗滤系统以其低投资、低能耗、操作管理方便以及净化效果良好等优点在实现污水资源化中的重大现实意义。

关键词：N、P去除、人工快速渗滤系统、混合土、污水资源化STUDY ON THE EFFECT OF N/P REMOVAI IN THEDOMESTIC SEWAGE BY THE CONSTRUCTEDWETLANDABSTRACTIn order to study Nitrogen and phosphorus removal from municipal sewage, simulation of constructed wetland by columnar infiltration filter for nitrogen and phosphorus removal by using mixture medium in lab is made. The optimum operation mode is inrestigated for medium composition, flooding period and dry/ wetratio. It is shown that it is feasible to select soil/ quarta sand, flooding period and dry/ wet ratio as design parameter, and then to get optimum model. When the mediums are cinder, gravel and soil(yellow clay), the removal rate of N and P respectively are 62.17% and 84.67% and the effluent concentration respectively are 13.24mg/L and 0.46mg/L which all meet the national emission standards.Constructed rapid infiltration (CRI) system with low investment , low energy consuming, convenience of operation and better effect of treatment has great significance for reusing of wastewater in today.KEY WORDS: N/P removal，Constructed rapid infiltration ( CRI) system，mixture soil，reusing of wastewater目录前言 (1)第1章概述 (3)1.1 人工湿地的概念 (3)1.1.1 人工湿地的定义 (3)1.1.2 人工快速渗滤系统的定义 (3)1.1.3人工快速渗滤系统去除污水中氨氮和总磷的机理 (4)第2章实验材料和方法 (6)2.1 实验材料 (6)2.1.1实验试剂 (6)2.1.2渗滤池所用介质 (6)2.2 实验设备与装置 (7)2.2.1 渗滤池的构造 (7)第3章实验步骤及探究 (10)3.1 氨氮和总磷的校准曲线的绘制 (10)3.1.1 氨氮校准曲线的绘制 (10)3.1.2 磷的校准曲线的绘制 (10)3.2 不同渗滤介质对氨氮和磷去除效果的测量 (11)3.2.1渗滤介质为100%土壤（黄粘土） (11)3.2.2渗滤介质为30%土壤+石英砂+砾石 (12)3.2.3渗滤介质为40%土壤（黄粘土）+煤渣+砾石 (13)3.3不同渗滤介质对氨氮和磷的去除率的探究 (13)结论 (19)谢辞 (21)参考文献 (22)外文资料翻译 (25)前言我国是一个水资源短缺的国家,人均水资源占有量只有世界人均水平的1/ 4。

几种人工湿地基质净化磷素污染性能的分析袁东海1,景丽洁2,高士祥1,尹大强1＊,王连生1＊(1.南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室,南京　210093;2.吉林化工学院环境科学系,吉林　132022)摘要:通过基质磷素等温吸附、净化磷素污染效果和基质磷素饱和吸附后磷素释放实验,研究了砂子、沸石、蛭石、黄褐土、下蜀黄土、粉煤灰和矿渣7种人工湿地基质净化磷素污染效果和影响因素,并评价了基质磷素饱和吸附后磷素释放可能造成的二次污染风险.结果表明:Freundlich 和Langmuir 等温吸附曲线方程均能很好地描述上述基质磷素吸附过程,其磷素理论饱和吸附量依次为矿渣>粉煤灰>蛭石>表土>下蜀黄土>沸石>砂子.磷素的净化能力依次为矿渣>粉煤灰>蛭石>表土>下蜀黄土>沸石>砂子,模拟污水磷素净化实验也证实矿渣、粉煤灰、蛭石净化磷素污染效果较好,表土和下蜀黄土次之,沸石和砂子净化磷素污染效果较差.矿渣和粉煤灰等钙素含量较高的碱性基质,影响磷素吸附净化效果的主要因素是基质的全钙含量,碱性条件下,基质全钙含量越高,其吸附的磷素越多,净化磷素污染的效果越好.砂子、沸石、下蜀黄土、黄褐土和蛭石等活性胶体氧化铁铝含量较多的中性基质,影响其磷素吸附净化效果的主导因素是其胶体氧化铁的含量,胶体氧化铁能促进基质吸附磷素效应,提高磷素净化能力.基质磷素饱和吸附后磷素释放实验也表明:除砂子基质磷素释放比例较高以外,其它基质磷素释放的比例很低,加强人工湿地基质的管理,上述人工湿地基质一般不会对水体环境造成二次污染.关键词:人工湿地;基质;磷素;净化中图分类号:X53;X703;S153　文献标识码:A 文章编号:0250-3301(2005)01-0051-05收稿日期:2004-02-20;修订日期:2004-05-08基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2002CB412307);南京大学污染控制与资源化国家重点实验室开放基金(NJUESK03005).作者简介:袁东海(1964～),男,安徽桐城人,博士后,副教授,主要从事湿地生态,流域利用和管理,土壤侵蚀和保持等领域的研究和教学工作.Email :donghaiyuan @ ＊通信联系人Analysis on the Removal Efficiency of Phosphorus in Some Substrates Used inConstru cted Wetland SystemsYUAN Dong -hai 1,JING Li -jie 2,GAO Shi -xiang 2,YIN Da -qiang 1,WANG Lian -sheng 1(1.State Key Laboratory of W aste Contro l and Resources Reuses ,Nanjing U niversity ,N anjing 210093,China ;2.Depar tment of the Environmental Science ,Jilin I nsitute of Chemical Technology ,Jilin 132022,China )A bstract :Constructed wetlands are widely used to purify w astew ater in some developing countries .As filter substrates in such wet -land ,these substrates play impor tant role on removal of pollutants from w astewater .Selecting suitable substrates is one of the effective w ays to improve the performance of co nstructed we tland on treating wastewater .In this study the phosphorus adso rption capacities of sand ,zeolite ,vermiculite ,tw o clay soils ,tw o industrial by -products named steel slag and fly ash are examined for their potential use as substrate in constructed wetland .Bo th Freundlich and Langmuir adsorption isotherms are very fit for describing the adsorption characteristics of these substrates .T wo industrial by -products including steel slag and fly ash have hig her phospho rus adsorption ca -pacity ,which had 50490and 17934mg ·kg -1respectively .Follow ed vermiculite ,tw o clay soils named yellow cinnamon and xiashu loess with phosphorus adsorption capacity o f 3473,1893.7and 1582mg ·kg -1respectively .T he zeolite and sand had the least phos -phorus adso rption capacity w ith 813.7and 302mg ·kg -1respectively .T he experiments on purifying phosphorus from synthesize do -mestic sewage using these substrates also demo nstra te this conclusio n .T he ability of removal phospho rus of these substrates have closely relationship with their makeup and chemical properties such as pH ,total calcium and reactive calcium ,reactive F e ,A l includ -ing poorly coastal and amorphous Fe ,Al oxide .T he steel slag and fly ash with higher reactive Ca ,such as calcium oxide ,have better adsorption capacity of phosphorus than other substra tes ,and the substrates w hich contained more reactive Fe also have a better ability of adso rption phosphorus than others .T o assess the environmental risk for using these substrates above ,the phosphorus de -sorption characteristics of these substrates are also studied .The process of phosphorus desorption quickly reached equilibrium in no more than 4hours in the ex periments ,the ratio of desorptio n and adsorption of phosphorus in substrates above is lower ex cept sand .T o take suitable measures to manag e substrates abo ve ,the risk o f pollution of phospho rus form these substrates will be controlled .Key words :constructed wetland ;substrates ;phosphorus ;purification 人工湿地是一种高效低耗,具有广泛应用前景的污水处理系统,基质是人工湿地的重要组成部分,对于净化污水中的污染物,特别是磷素污染物有着重要的作用[1～3].受条件限制,目前潜流型人工湿地大多使用当地的河砂和砾石作为基质材料,表面流型人工湿地多采用当地土壤作为基质材料.一些第26卷第1期2005年1月环 境 科 学ENVI RONMENTA L SCIENCEV ol .26,No .1Jan .,2005DOI :10.13227/j .hjkx .2005.01.012学者研究了砂子基质和土壤基质吸附净化磷素污染物的特征和机理,认为砂子和土壤基质净化磷素污染物的能力同其活性钙、胶体氧化铁和铝含量有关,一些砂子和土壤基质活性钙、胶体氧化铁和铝含量较低,磷素净化能力有限,添加化学絮凝剂和沉淀剂有助于增强水体中磷素等污染物的净化效果[4～12].还有一些学者研究了粘土矿物和其它天然矿物以及部分工业副产物净化磷素污染物的效果和机理,认为充分利用当地的自然资源,选择合适的人工湿地基质材料,是构建人工湿地,提高人工湿地净化能力的关键措施[13～22].本研究以我国常见的湿地基质河砂、黏重土壤黄褐土及其母质下蜀黄土、黏土矿物沸石和蛭石以及工业副产物粉煤灰和矿渣为研究对象,研究它们净化磷素污染的能力和效果,为选择合适的人工湿地基质提供理论依据和实践措施.1　材料和方法1.1　试验材料来源人工湿地基质砂子取自于长江下游南京段六合区支流河床,沸石取自于安徽繁昌,蛭石取之于河北灵寿,粉煤灰取自于金陵电厂,黄褐土和下蜀黄土取自于南京市郊闲置土地,矿渣取自于南京梅山钢铁公司资源分公司,上述材料球磨后过100目筛子备用,其主要矿物成分经X-射线衍射分析,砂子主要为石英,沸石主要为丝光沸石,黄褐土主要为伊利石、高岭石和石英,下蜀黄土主要为伊利石、高岭石和石英,蛭石主要为蛭石、长石,粉煤灰主要为石英、氧化钙和方解石,矿渣为主要菱铁矿、氧化钙、方解石和白云石.1.2　人工湿地基质磷素吸附等温线实验准确秤取上述基质1g左右3份(平行试验)于50m L塑料离心管中,加入由0.02mol·L-1KCl溶液配置的不同磷素浓度(以P计,下同)的KH2PO4标准溶液25mL置于恒温摇床中,180～190r/min, 25℃±1℃摇48h后离心,测其上清液磷素浓度,根据其浓度的变化,计算基质吸附磷素的数量,取平均值,绘制基质磷素吸附等温曲线.1.3　人工湿地基质磷素饱和吸附后等温释放实验取经磷素饱和吸附的上述基质1g左右3份(平行试验)于塑料离心管中,加入0.02mol·L-1的KCl 溶液25mL置于恒温摇床中,180～190r/min,25℃±1℃摇不同的时间后离心,测其上清液磷素浓度,计算其解吸的磷素数量,取平均值,绘制其磷素解吸曲线.1.4　人工湿地基质实际净化污水磷素污染物效果的实验根据南京市政排水监测站提供的南京市城镇生活污水磷素含量,用KH2PO4标准溶液配置的磷素浓度为5、10mg·L-1生活污水及磷素浓度为30、50mg·L-1超高浓度生活污水,其中取100m L上述人工配置生活污水于250mL离心管中,加入基质5.00g,180～190r/min,25℃±1℃摇2h后,再静置10h后离心,测上清液磷素的浓度,计算其磷的去除率.1.5　测定方法磷素含量的测定用钼锑抗比色法[23];基质矿物全量的测定用X射线荧光分析法(南京大学现代分析中心);游离氧化态Fe、Al含量用DCB法提取(连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸钠提取法),等离子发射光谱法测定(南京大学现代分析中心);胶体氧化态Fe、Al用草酸和草酸铵缓冲液提取,等离子发射光谱法测定(南京大学现代分析中心);pH值测定用酸度计法(基质∶水=1∶1);比表面用N2吸附法测定(南京大学地球科学系);羟基释放量用NaF浸提,酸碱滴定法测定;水溶性钙的测定用蒸馏水浸提(基质∶水=1∶5),原子吸收法测定.基质主要矿物含量和部分理化性质详见表1和表2.表1　供试基质的主要矿物含量(以氧化物计)/%Table1　The contents of major mineral elementsin substrates used in experiments/%氧化物砂子沸石黄褐土下蜀黄土蛭石粉煤灰矿渣Si O292.3774.8268.3970.7040.8550.679.41Al2O33.1410.7613.1912.9013.3129.510.92 CaO0.161.220.940.872.596.5542.35Fe2O30.641.225.365.0313.713.8728.26K2O2.074.412.252.273.180.700.091 Na2O0.261.841.181.220.400.510.15 MgO0.120.151.501.0814.560.617.21 MnO0.0110.0860.100.110.110.0142.28P2O5<0.001<0.0010.0870.0710.0160.112.742　结果与分析2.1　供试基质磷素吸附等温线的分析对于恒温条件下固体表面发生的吸附现象,常用Freundlich和Lang muir方程来表示其表面的吸附量和介质中溶质平衡浓度之间的关系:对于Freundlich方程,表达式如下:G=kc1/n,其中G为达到吸附平衡时固体表面的吸附量,c为达到吸附平衡时介质中溶质的浓度,k和n为常数.表2　供试基质部分理化性质Tabl e2　Physics-chemical characteristics of subs trates us ed in experimen ts性质砂子沸石黄褐土下蜀黄土蛭石粉煤灰矿渣pH(1∶1)7.117.826.777.127.4211.8713.54比表面/m2·g-11.89199.7034.2731.5761.353.089.60羟基释放量/cmol·kg-10.503.352.173.279.8568131游离氧化铁(Fe2O3)/%0.400.422.251.641.941.4214.06胶体氧化铁(Fe2O3)/%0.140.210.640.371.360.6011.02游离氧化铝(Al2O3)/%0.0880.180.590.471.250.600.41胶体氧化铝(Al2O3)/%0.0330.110.270.190.780.490.12水溶性钙(CaO)/%0.0160.0270.0400.0320.0870.623.70 对于Langmuir方程,表达式为:1G =1G0+A G01c,其中G为吸附平衡时固体表面的吸附量,c为吸附平衡时介质中溶质的浓度,G0为理论饱和吸附量,A为常数.根据等温吸附实验结果,绘制等温吸附曲线,其吸附等温线符合Freundlich吸附等温线和Lang muir 吸附等温线,均达极显著水平,其吸附等温线方程见表3.表3　供试基质磷素吸附等温曲线方程及其相关参数Table3　The Freundlich and Langmuir adsorption isotherm s of phosphorus in s ubstrates in experiments基质Freundlich吸附方程Langmuir吸附方程k n r(n=10)A G0/mg·kg-1r(n=10)砂子20.82.010.985＊＊43.8302.10.994＊＊沸石44.21.800.984＊＊43.6813.70.996＊＊黄褐土103.61.860.990＊＊50.61893.50.953＊＊下蜀黄土92.641.880.985＊＊45.615820.973＊＊蛭石406.91.610.987＊＊8.4034730.905＊＊粉煤灰1.07×10413.190.901＊＊10.7179340.998＊＊矿渣3.75×10421.320.851＊＊1.42504900.998＊＊＊显著水平;＊＊极显著水平 虽然Freundlich方程和Langmuir方程都适合描述本研究中供试基质的磷素吸附等温曲线,但从相关系数大小来看,Freundilch方程似乎更适合描述黄褐土、下蜀黄土和蛭石的磷素吸附等温曲线,而Langmuir方程似乎更适合描述砂子、沸石、粉煤灰和矿渣的磷素吸附等温曲线.这是因为在本研究中,砂子、沸石、粉煤灰和矿渣的磷素吸附量增加到一定程度时,即便溶液中磷素浓度增加,其磷素吸附量变化不大,而黄褐土、下蜀黄土和蛭石的磷素吸附量仍有不同程度地增加趋势,产生这种现象的原因,还需进一步研究.一般情况下Langmuir方程可以描述固体表面吸附介质中溶质的全部过程,从Langmuir等温吸附方程可以看出:供试基质磷素理论饱和吸附量依次为矿渣>粉煤灰>蛭石>黄褐土>下蜀黄土>沸石>砂子.矿渣、粉煤灰净化磷素的能力较强,其次为蛭石、黄褐土、下蜀黄土,沸石和砂子净化磷素的能力较弱.在构建人工湿地时可以优先考虑净化磷素能力较强的基质,或者在普通基质中掺加这些基质.2.2　供试基质磷素净化性能影响因素的分析不少研究表明人工湿地基质净化磷素的能力受自身组成和理化性质影响较大[3～9,19～22].本研究粉煤灰和矿渣基质,由于其是原煤燃烧和炼钢过程的副产物,在高温条件下,其本身所含的钙素和填料中所含的钙素,极易在高温条件下形成氧化钙,并导致基质的pH值升高,这种条件下氧化钙极易和磷素形成磷酸钙盐沉淀,钙和氧化钙含量是粉煤灰和矿渣吸附磷素的主要影响因素.砂子、沸石、蛭石、黄褐土和下蜀黄土5种理化性质基本相近的基质简单相关分析表明:磷素理论饱和吸附量同基质的羟基释放量、全钙、水溶性钙、游离氧化铁、胶体氧化铁、游离氧化铝和胶体氧化铝的含量呈显著和极显著的正相关关系,其相关系数分别为0.897＊、0.893＊、0.971＊＊、0.791、0.976＊＊、0.995＊＊和0.970＊＊(n =5),同pH值和比表面没有相关性不显著,一是表明pH值在中性范围里对基质磷素吸附作用不明显,二是表明基质吸附磷素的机制主要为化学机制,基质比表面对其磷素吸附作用影响程度较小.需要指出的是基质磷素吸附能力是综合因素作用的结果,为了分析其主导影响因素,本研究运用逐步回归数学分析方法,对影响砂子、沸石、蛭石、黄褐土和下蜀黄土5种基质磷素吸附能力的上述9种因素进行了筛选和分析,结果表明影响上述5种基质磷素吸附能力的主要因素是其胶体氧化铁的含量,其回归方程式为:Y=310.4+2394.3X,式中X为胶体氧化铁的含量(%),Y为磷素吸附量(mg·kg-1),偏相关系数r为0.976,F值和t值分别为60.57和7.78,F检验和t检验均达极显著水平(F0.05= 0.004;t0.05=0.004).这是因为胶体氧化铁含有较多的正电荷,易和负电荷的磷酸根离子结合形成磷酸铁盐沉淀,增强基质对磷素的吸附能力.由此可见,砂子、沸石、蛭石、黄褐土和下蜀黄土5种活性氧化铁铝含量较为丰富,pH值中性附近的基质,影响其磷素吸附能力的主导因素为胶体氧化铁的含量,而粉煤灰和矿渣全钙含量丰富、pH值碱性基质,影响其磷素吸附能力的主导因素为其全钙含量,选择含钙丰富或者含铁丰富的基质是提高人工湿地磷素净化能力的重要手段.2.3　供试基质实际净化磷素效果的分析从试验结果可以看出(表4),粉煤灰、矿渣在设定的磷素浓度0～50mg·L-1范围里,均能很好地去除生活污水中的磷素污染,其去除率达到99%以上,蛭石在设定的磷素浓度0～30mg·L-1范围里、黄褐土、下蜀黄土和沸石在设定的磷素浓度0～10 mg·L-1范围里,其磷素去除率也达到99%以上,这是因为基质对磷素的吸附主要为化学吸附,在磷素浓度较低、基质中钙或者铁铝等活性物质含量较高的情况下,受溶度积常数的控制,这种吸附比较彻底,平衡液中磷素浓度很低.随着磷素浓度的增加,当磷素浓度为50mg·L-1时,蛭石也能很好的去除生活污水中的磷素污染,其去除率达到98%以上,黄褐土和下蜀黄土在磷素浓度为30mg·L-1时,也有着较好的磷素去除效果,其去除率也达90%以上,当磷素浓度达到50mg·L-1时,其磷素的去除率显著下降,黄褐土和下蜀黄土磷素去除率降到80%以下,考虑到生活污水磷素的浓度大多数不会超过30mg·L-1左右(据南京市政排水监测站),黄褐土、下蜀黄土也能做人工湿地的基质;砂子和沸石去磷效果较差,在选择它们做人工湿地基质时,要考虑到加强这类基质强化净化磷素污染的手段,如:一是增加湿地植物的生物量,增强植物去磷的能力,二是在不影响植物生长和不造成二次污染的前提下添加人工或天然的化学絮凝剂或沉淀剂.表4　几种人工湿地基质实际净化磷素污染的效果/%Table4　T he performance of phosphorus removal froms yn thesize w astew ater in som e s ubstrates/%初始浓度/mg·L-1砂子沸石黄褐土下蜀黄土蛭石粉煤灰矿渣595.8>99.0>99.0>99.0>99.0>99.0>99.0 1068.6>99.0>99.0>99.0>99.0>99.0>99.0 3028.376.497.790.8>99>99.0>99.0 5017.152.278.473.198.6>99.0>99.02.4　供试基质磷素饱和吸附后磷素释放特征及磷素二次污染的安全评价.基质磷素饱和后磷素释放试验表明,其磷素解吸在2h到4h左右即可达到平衡,其最大吸附量详见表5.表5　磷饱和基质磷素的最大解吸量及解吸比例Tabl e5　The ratio of des orption and maximum adsorption of phosphorus in substrates saturated w ith phosphorus矿物类型砂子沸石黄褐土下蜀黄土蛭石粉煤灰矿渣理论最大吸附量/mg·kg-1302813.71893.5158234731793450490最大解吸量/mg·kg-128.523.689.083.575.024.4175.8解吸百分比/%9.432.904.845.282.160.140.35 从表5可以看出,矿渣解吸量最大,其次为黄褐土、下蜀黄土、蛭石,砂子和沸石解吸量较少.从解吸百分比来看,砂子吸附的磷素解吸率最大,其次是下蜀黄土、黄褐土、再次为沸石和蛭石,解吸率最低的是粉煤灰和矿渣.综合砂子饱和吸附量和最大解吸量来看,尽管其解吸率较大,但是因为其饱和吸附量较低,最大解吸量也较低,又因其吸附的磷素解吸可以在很短的时间达到平衡,可以在其达到饱和之后,立即用含磷量很低或者不含磷的水进行解吸,收集其解析液进行处理,或者加强植被系统的管理,通过增加植被系统磷素净化能力而延迟其达到饱和时间,一般不会造成磷素二次污染问题.同样,沸石一般情况下如处理得当,也不会造成吸附的磷素二次污染.对于黄褐土、下蜀黄土这类磷素吸附量比较大的人工湿地基质,因其通透性较差原因,比较适合做表面流人工湿地基质,在处理生活污水磷素污染时,表层土壤易达到磷素吸附饱和,在加强表层土壤磷素含量水平监测,辅以土层耕翻交换和植被管理手段,短期内整个土壤基质不会达到磷素吸附饱和状态,一般也不会造成磷素二次污染问题.对于蛭石、粉煤灰和矿渣这类磷素吸附能力很强的基质,可以作为基质吸附磷素能力的强化剂,按比例掺在砂子和土壤这类基质中或者作为磷素吸附层置于砂子和土壤基质中间,可以提高砂子或者本地土壤基质的磷素净化能力,一般也不会存在磷素二次污染问题.3　结语 目前潜流型人工湿地常用的基质普遍为河砂和砾石,净化效果差,即使是以当地土壤作为表面流人工湿地基质,其表层土壤也往往易被污染物吸附饱和.有人建议添加化学絮凝剂和沉淀剂,但有可能造成这些化学添加剂二次环境污染.开发当地吸附能力较强的人工湿地基质或者利用吸附能力较强的无污染的工业副产物作为人工湿地基质或者添加剂,是解决人工湿地基质净化能力低下的首选措施.从本研究的结论来看:砂子作为人工湿地的基质往往显得净化能力不足,但其通透性好,不易堵塞,如果添加吸附磷素能力较强的基质,或者加强人工湿地植被系统的管理,砂子基质仍是潜流型人工湿地首选基质.沸石吸附氮素的效果很好,其通透性好也很好,由于沸石的类型较多,对磷素吸附能力差异较大,可以选择吸附磷素能力较强的沸石,作为人工湿地的基质,既可以达到去氮,又可以去磷的目的;蛭石磷素吸附能力较强,酸碱性适中,可以作为磷素吸附剂掺加到砂子、沸石或者土壤基质中,提高其磷素等污染物的净化能力;黄褐土和下蜀黄土因其通透性较差,一般适合做表面流人工湿地基质,尽管其磷素吸附量比较大,但是磷素的吸附过程多发生在表层,表层土壤也易达到饱和,可在土体内掺加吸附磷素能力较强的基质或者吸附剂和沉淀剂或者定期翻耕交换土层;粉煤灰和矿渣吸附磷素能力很强,但其碱性较大,不适合直接作为人工湿地的基质,否则会导致植被死亡,可以在适合植物生长的酸碱度范围里,按一定比例掺加到砂子或者土壤基质里,也可以作为远离植物根系的湿地基质吸附层,既可以避免其对植物的毒害作用,又可以发挥其吸附作用,可以使工业的副产物达到物尽其用的目的.参考文献:[1]　Kivaisi A K.The potential for constructed wetlands for w astew-ater treatment and reuse in developing country;a review[J].E-cological Engineering,2001,16:545～560.[2]　Gopal B.Natural and constructed w etlands for wastew ater treat-m ent:poten tial and problems[J].Water S cience and Technolo-gy,1999,40(3):27～35.[3]　Drizo 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潜流人工湿地填料除磷性能模拟研究
张强;唐娜;梁帮强;黄玉明
【期刊名称】《西南师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2009(034)003
【摘要】选取煤渣、红砖屑和碎石为介质,采用静态方法模拟潜流人工湿地除磷试验,选取其中效果较好的填料与其余两种填料进行静态及动态组合除磷试验.结果表明.煤渣对生活污水中磷的静态吸附效果最佳.吸附量可达2.25 mg/kg,其后依次是煤渣与红砖屑混合填料、红砖屑、煤渣与碎石混合填料和碎石.动态模拟试验中,当水力停留时间(HRT)为24 h时.三级串联的煤渣潜流湿地对生活污水中总磷的吸附量达2.08 mg/kg,对生活污水中总磷的平均去除率达93.40%.由于煤渣对磷较强的化学吸附及物理吸附作用,可单独作为潜流人工湿地的填料.
【总页数】4页(P67-70)
【作者】张强;唐娜;梁帮强;黄玉明
【作者单位】西南大学,化学化工学院,重庆400715;三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆,400715;(Missing);(Missing)
【正文语种】中文
【中图分类】X703
【相关文献】
1.潜流人工湿地填料筛选及其对小城镇微污染水的修复性能评价 [J], 谢伟丹;高旭;黄磊;陈俊宏;马晓霞
2.模拟砾石垂直潜流人工湿地的除磷性能分析 [J], 周南星;朱萌;刘利;张文尧;葛元新
3.潜流人工湿地中不同填料介质与进口流速对水动力学性能影响的研究 [J], 赵彦琳
4.高炉渣垂直潜流人工湿地的除磷性能分析 [J], 朱柳峰
5.湿地填料的磷吸附特性及潜流人工湿地除磷效果研究 [J], 谭洪新;周琪
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复合垂直流人工湿地系统除磷研究的开题报告题目：复合垂直流人工湿地系统除磷研究一、研究背景和意义人工湿地（Constructed Wetland, CW）作为一种新型、强制性的生态技术，已经越来越受到广泛的关注和应用。

作为一种被广泛应用于城市和农村废水处理的生态系统，人工湿地具有很好的环境效益、节省土地和节水的优点。

人工湿地不仅可以有效地去除砷、氮和有机化合物等污染物质，而且还可以去除磷。

磷在湖泊和河流中被认为是一种有害物质，因为它会刺激藻类和蓝藻的生长，导致湖泊和河流的富营养化，从而对水生生物和生态系统造成破坏。

因此，研究如何在人工湿地中去除磷对改善水质及保护水环境具有重要的意义和现实意义。

二、研究目的和内容本研究旨在探究复合垂直流人工湿地系统在去除磷方面的效果及其机理，以及优化其除磷效果的方法。

具体研究内容：1、建立复合垂直流人工湿地系统，用于研究其除磷效果。

2、研究人工湿地中磷的去除机理，探究影响磷去除的因素。

3、利用主成分分析法（Principal Component Analysis, PCA）建立复合垂直流人工湿地系统中磷去除的模型，并通过模型优化复合垂直流人工湿地系统中的磷去除效果。

4、对复合垂直流人工湿地系统的磷去除效果进行实验验证，并对复合垂直流人工湿地系统的优化效果进行评估。

三、研究方法和实验方案1、建立复合垂直流人工湿地系统在实验室中建立一个规模较小的复合垂直流人工湿地系统。

系统由预处理池、垂直流池和水生植物区三个部分组成。

预处理池用于初步去除废水中的大颗粒物和悬浮物，垂直流池用于去除废水中的氮、磷等化学物质，水生植物区用于净化水质。

在垂直流池中采用不同的滤料进行填充，探究不同滤料对磷去除率的影响。

2、研究人工湿地中磷的去除机理对人工湿地中的磷去除机理进行研究。

在实验室中模拟复合垂直流人工湿地的环境，探究影响磷去除的因素包括水力停留时间、温度、氧气浓度、微生物群落等因素。

3、利用主成分分析法建立模型采用主成分分析法建立复合垂直流人工湿地系统中磷去除的模型。

《不同基质对垂直流人工湿地处理效果及堵塞影响研究》篇一一、引言随着城市化进程的加快和工业的迅猛发展，水环境污染问题日益突出，污水处理成为环境保护的重要课题。

垂直流人工湿地作为一种新型的污水处理技术，具有成本低、处理效果好、生态友好的特点，得到了广泛的应用。

然而，垂直流人工湿地的处理效果受多种因素影响，其中基质的选择是关键因素之一。

本文旨在研究不同基质对垂直流人工湿地处理效果及堵塞影响，以期为实际工程应用提供理论依据。

二、研究方法1. 实验材料本研究选取了四种常见的基质：砂土、砾石、陶粒和生物炭作为研究对象。

这些基质具有不同的粒径、孔隙率和吸附性能，有助于全面了解基质对垂直流人工湿地处理效果及堵塞的影响。

2. 实验设计实验分为两个阶段：第一阶段为处理效果研究阶段，采用垂直流人工湿地模拟装置，分别以四种基质为填料，对同一污水进行连续处理；第二阶段为堵塞影响研究阶段，通过监测各基质在连续运行过程中的堵塞情况，分析基质对堵塞的影响。

3. 实验方法（1）处理效果研究：采用连续进水的实验方式，监测各基质对污水中主要污染物的去除率，包括化学需氧量（COD）、总氮（TN）和总磷（TP）等指标。

（2）堵塞影响研究：通过观察各基质在连续运行过程中的水头损失变化，评估基质的堵塞情况。

同时，对各基质的物理性质和化学性质进行定期分析，以探究基质堵塞的内在原因。

三、结果与讨论1. 处理效果分析实验结果表明，不同基质对垂直流人工湿地的处理效果具有显著影响。

在连续进水条件下，陶粒和生物炭对COD、TN和TP 的去除率较高，表现出了较好的污染物去除能力。

这主要得益于陶粒和生物炭的高比表面积和良好的吸附性能。

而砂土和砾石虽然也具有一定的处理效果，但在某些指标上略逊于陶粒和生物炭。

2. 堵塞影响分析在连续运行过程中，各基质的堵塞情况存在差异。

其中，砂土和砾石的堵塞程度相对较轻，水头损失变化较小。

这主要因为砂土和砾石的粒径较大，孔隙较多，有利于水流通过。