人工湿地填料除磷影响因素研究_刘志寅

磷是引起水体富营养化的主要因素。人工湿地对磷污染物的去除是通过微生物累积，植物的吸收和填料的物理化学作用协同完成的。大量研究发现人工湿地填料除磷是除磷的主要途径[1-4]。填料除磷可分为物理去除和化学沉淀去除两大过程。填料对磷的吸附主要是化学吸附，即可溶性磷与填料中的Ca、Al、Fe等吸附、络合，形成难溶性物质沉淀去除。国内外对填料除磷效果的研究往往只限于填料本身的特性，缺乏将其置于整个湿地系统的考虑，且对填料除磷的影响因素分析不够全面，因此探明人工湿地系统中影响磷去除的因子具有重要的意义。论文从填料本身和外界环境两方面系统分析了填料除磷效率的影响因素。1填料自身理化性质对除磷的影响填料本身性质是影响磷去除效率的根本因素,主要是指其物理化学属性。不同的填料因其理化性质不同对磷吸附能力也不同从而直接影响到其所构建人工湿地的除磷效果。1.1物理性质物理属性包括水力传导率、孔隙率、比表面积、粒径分布、容重、密度、级配等。其中粒径对除磷的影响最显著。1.1.1基质粒径、比表面积与孔隙率粒径对填料的磷吸附速率与吸附量影响较大。胡静等人[5]在研究脱水铝污泥的除磷效果时发现：经过84h的吸附作用，粒径为小于0.25mm、0.25～1.0mm、1.0～2.0mm的脱水铝污泥对磷的吸附量分别是1.847、1.473、1.045mg·g-1，对应的去除率分别是92.37%、73.66%、52.26%。说明当吸附剂粒径越小时，吸附剂的比表面积就越大，吸附质扩散速度越快，达到平衡所需的时间越短，同时磷吸附量也越大，这也与Zhu等[6]的研究结果一致。李怀正[7]研究基质去除总磷时，发现运行初期各填料柱对TP的去除率与基质孔隙率倒数的相关系数为0.448，运行1个月后，相关系数为0.070。说明运行初期基质对TP的去除受到孔隙率的影响较大，运行一段时间后影响则不再明显。基质粒径分布对孔隙大小和水容量有决定性的影响，它是影响基质堵塞的主要因素。粒径较大的基质可以有效地防止堵塞的发生，但过大的粒径会缩短水力停留时间，进而影响净化效果,因此，基质粒径的选择需要在保证净化效果（小粒径）和防止堵塞（大粒径）之间寻求平衡点[8]。1.1.2容重、密度和水力传导率基质的容重、密度和水力传导率与磷的吸附量有关[9]。一般来讲，小粒径的基质水力传导性较差，可能会造成湿地坡面漫流，使基质与磷污染物不能够完全接触，对污染物的去除能力大大降低。例如作为湿地基质的土壤可以去除98%的磷，但是由于水力传导率低而易于堵塞。因此欲获得大的水力传导人工湿地填料除磷影响因素研究刘志寅，尤朝阳，肖晓强，张丹（南京工业大学环境学院，江苏南京210009）摘要：填料除磷是人工湿地除磷的主要方式。对填料自身的理化性质和外界环境因素对其除磷效果的影响进行了探讨，认为填料除磷性能由其自身的理化性质决定，并且受到pH、水力条件、温度、溶解氧、进水磷负荷、竞争离子、进水有机负荷、设计运行情况、植物与微生物等诸多因素的共同影响。关键词：人工湿地；填料；除磷；影响因素中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)10-0050-005收稿日期：2011-03-02基金项目：江苏省环科院重点实验室开放基金（KF2010001）；江苏省建设厅研究基金（JS2008JH05）；江苏省环保厅重点科技示范项目（2009023）；南京工业大学青年教师基金重点项目作者简介：刘志寅（1986－），男，硕士研究生，研究方向为污水处理；E-mail：liuzhiyin0334061@163.com第37卷第10期2011年10月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.10Oct.,201150DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.10.014率，需避免发生堵塞。崔理华[10]研究了基质的容重、密度、导水率等指标与磷的吸附量之间的相关关系，发现容重和密度与磷吸附量之间呈极显著性负相关；导水率与磷吸附量之间也存在负相关关系。1.1.3级配基质组合应用可以提高污染物的去除效果，因此对于有多层填料的人工湿地，不同粒径填料之间配比的选择十分重要。美国环保总局统计得出，粒径在20～25mm中等大小的介质是处理污水的主要基质层，也是国内外湿地基质研究领域研究的热点；粒径为40～50mm的粗岩石，一般填充在进水口和出水口的位置；而粒径为5～10mm的豆石在床体中一般覆盖在20～25mm的基质层上面，防止穴居动物的破坏[11]。莫凤鸾等[12]通过将原湿地中的0～4mm（厚600mm）沙子基质更换成4～8mm（厚250mm）和8～16mm（厚350mm）的碎石基质成功地解决了原系统基质堵塞问题，这充分说明了合适的基质级配能有效防止基质的堵塞