人工湿地基质吸附磷素性能及动力学研究_李倩囡

磷素能刺激藻类和光合水生生物生长，并最终诱发水体富营养化。根据Liebig最小定律，磷常被视为水体富营养化的主要诱导因素之一，因此，污水除磷对于控制水体富营养化具有重要意义[1]。人工湿地是自适应系统，在构成人工湿地污水处理系统的四大基本要素（水体、基质、水生植物和微生物）中，基质、水生植物和微生物或三者相互之间通过一系列物理的、化学的以及生物的途径，可以完成对污染物的高效去除[1-4]。其中，利用人工湿地系统中的基质、水生植物和微生物的共同作用去除磷元素，通常被认为是一种廉价有效的废水处理技术[4]。人工湿地除磷工艺具有投资少、效果处理好、维护方便、环境友好以及生态服务功能突出等优点，可作为传统污水除磷技术的一种有效替代方案[1]。人工湿地主要通过填料吸附、化学沉淀、细菌活动、植物和藻类吸收与有机物结合等途径对磷进行截留，其中，填料在湿地除磷方面扮演重要角色，湿地基质一直被公认为是进入湿地系统的磷的最终归宿。磷去除率与湿地基质类型密切相关，即：基质特殊的理化性质以及特定的吸附能力影响磷的去除[5-6]。伊军，崔玉波等研究发现含有大量铁的湿地对磷的吸附能力较强[7]。本文以铁粉和湿地常用基质-河沙为研究对象，研究并对比铁粉和河沙对污水中磷素的等温吸附特征，并运用1级和准2级动力学模型分析了两者吸附磷素的动力学过程，旨在考察铁粉与河沙吸附磷素的规律和性能，丰富和发展人工湿地系统污水处理工艺水污染控制与修复理论。1试验部分1.1材料来源与性质铁粉和河沙来源于生资市场，将其洗净、干燥以保证试验中样品性质均一和代表性，研磨成300μm备用。1.2等温吸附试验分别称取300μm铁粉和河沙各5g置于250mL具塞锥形瓶中，分别加入100mL不同浓度磷素的KH2PO4溶液，置于恒温摇床中，以120r·min-1、（25±1）℃振荡24h后，离心并测定上清液磷素的浓度，根据浓度变化，计算铁粉和河沙对磷素的吸附量。1.3吸附动力学试验分别称取300μm铁粉和河沙5g置于250mL的具塞锥形瓶中，加入100mL磷素质量浓度为200mg·L-1的KH2PO4溶液，置于恒温摇床，以120r·min-1、（25±1）℃振荡，一定时间间隔后取出，离心并测定人工湿地基质吸附磷素性能及动力学研究李倩囡1，张建强1，谢江1，许文来1，2（1.西南交通大学环境科学与工程学院，四川成都610031；2.成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都610031）摘要：以铁粉和湿地常用基质（河沙）为研究对象，研究两者对污水中磷素的等温吸附特征，并运用1级和准2级动力学模型分析其吸附磷素的动力学过程，考察其吸附磷素的规律和性能。结果表明，铁粉和河沙对溶液中磷素的等温吸附特征符合非线性Langmuir方程，吸附反应在常温下能自发进行，铁粉吸附磷素反应自发程度、对磷素的吸附能力以及生成物的稳定性都大大超过河沙。结合1级和准2级动力学模型标准偏差R2值、1级动力学模型参数w与Langmuir方程理论最大吸附量Q0的相对误差以及准2级动力学模型参数Qe与Q0的相对误差，铁粉对水溶液中磷素的吸附动力学过程更符合1级动力学模型，河沙对水溶液中磷素的吸附动力学过程更符合2级动力学模型。关键词：人工湿地基质；磷素；吸附；性能；动力学中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)09-0064-004收稿日期：2010-11-05作者简介：李倩囡（1989－），女，硕士研究生，研究方向为市政工程联系作者：许文来，博士；E-mail：xuwenlai1983@163.com第37卷第9期2011年9月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.9Sep.,201164DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.09.016上清液中磷素浓度的变化。1.4计算方法铁粉和河沙对溶液中磷素的吸附量Qt按式（1）计算。Qt=ρ0-ρem×V（1）式中，ρ0为溶液中磷素的初始质量浓度；ρe为离心后上清液中磷素的平衡质量浓度；V为溶液体积；m为铁粉和河沙用量。2结果与讨论2.1等温吸附试验污水处理中表示基质吸附污染物过程的等温吸附方程主要有Langmuir公式和Freundlich公式[8]。Langmuir在1961年研究固体对气体吸附时构建了Langmuir方程：Qe=k1Q0ρe/(1+k1ρe)，通过该方程可以得到吸附强度因子（k1）、平衡吸附量（Qe）和污染物最大吸附量（Q0）等介质吸附污染物的重要参数，故在表述污水中污染物吸附过程得到广泛应用[9]。当k1>0时，反应在该温度条件下可自发进行，k1值越大反应自发程度和吸附污染物能力越强，生成物越稳定[8-9]。污染物浓度较高时，Langmuir方程与实际