潜流人工湿地不同基质除磷研究_尹炜

收稿日期:2006-06-22基金项目:中俄自然资源与生态环境联合研究中心资助;国家863课题(2002AA601022)作者简介:尹炜(1978-),男,博士研究生,主要从事污染生态与环境工程研究.文章编号:1671-2021(2006)06-0985-04潜流人工湿地不同基质除磷研究尹炜1,3,李培军1,2,傅金祥1,2,巩宗强1,张海荣1,E.V.维尔霍金娜4(1.中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳110016;2.沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳110168;3.中国科学院研究生院,北京100049;4.俄罗斯科学院西伯利亚分院地质研究所,伊尔库茨克664033)摘要:目的考察实验材料的磷吸附容量,优选1～2种除磷性能良好的湿地基质材料.方法分析材料的理化特性,通过吸附等温曲线实验和吸附动力学实验比较材料的除磷容量,并对除磷容量与其本身的理化特性进行相关性比较.结果当接触液初始质量浓度为320mg/L时,试验材料对磷的吸附量为石灰石>硅灰石>沸石>陶粒>沙子;在pH为6.60～7.69时,决定基质材料磷吸附容量最关键的因素是材料钙和铝的含量.接触液磷质量浓度不同对不同材料的吸磷量影响显著.不同材料基质的磷吸附平衡时间和吸附速率都存在着差异,对磷的吸附速率与材料对磷的吸附容量没有直接的相关性.结论石灰石和硅灰石是较好的潜流人工湿地除磷基质,可以与普通沙子混合级配,陶粒如果在制造过程中添加一些钙化合物也将成为一种合适的人工湿地基质材料.关键词:潜流人工湿地;基质;磷;磷的吸附;容量中图分类号:X703文献标识码:A人工湿地现在已被广泛地应用于生活污水、暴雨径流、工业废水、农业径流、酸性采矿废水和垃圾渗滤液等各种废水的处理,作为一种自然处理系统具有重要的污水处理和资源恢复功能,大量的污水处理人工湿地的运行研究表明COD、BOD和病原菌的去除率都很高,但营养物氮、磷的去除率较低而且很容易变化[1].人工湿地对磷的去除开始时效果非常好,随着时间的延长,基质材料吸附磷逐渐饱和,去除效果也越来越差[1-3].所以选择具有良好除磷特性的基质材料是非常必要的.本文以范围广、污染重、成分复杂的城市地表径流作为人工湿地的控制对象,选择了石灰石、硅灰石、沸石、陶粒和普通沙子作为基质研究对象,通过吸附等温曲线和吸附动力学实验比较它们的除磷容量,对除磷容量与其本身的理化特性进行相关性分析,发现石灰石和硅灰石是较好的潜流人工湿地除磷基质,可以与普通沙子混合级配,陶粒如果在制造过程中添加一些钙化合物也将成为一种合适的人工湿地基质材料.1材料与方法1.1实验材料研究中所采用的5种材料为石灰石、硅灰石、沸石、黏土陶粒和普通沙子,所有材料过1mm筛后,用X-射线荧光光谱仪测定各种材料中P、Ca、Al、Fe等元素的含量.1.2实验方法磷吸附等温曲线实验采用的磷溶液质量浓度为0～320mg/L,梯度为:0、1、2.5、5、10、20、40、80、160、320mg/L.称取2g过1mm筛的基质样品与40mL的磷溶液在具塞聚氯乙烯瓶中混合,室温(20℃)条件下振荡24h,每个处理重复3次.磷吸附动力学实验采用10mg/L的磷溶液.2006年11月第22卷第6期沈阳建筑大学学报(自然科学版)JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)Nov.2006Vol.22,No.62g基质样品与40mL该溶液混合,在室温条件下振荡,取样时间设定为:0.5、1、2、4、6、8、12、16、24、36、48、72和96h,每个取样时间样品重复3次.振荡平衡后悬浮液用0.45μm滤纸过滤,滤液中的残磷采用钼锑抗分光光度法测定.最终通过初始磷质量浓度和残磷质量浓度计算基质的吸磷量.2结果与讨论2.1实验材料的特性各种基质材料的矿质元素含量相差很大(表1),石灰石和硅灰石中Ca的含量非常高,而普通沙子中Ca含量却非常低,然而普通沙子中Al、Fe含量高于石灰石和硅灰石,陶粒中Al、Fe含量是最高的,沸石中含有较多的Al和Ca.平衡液的pH在一定程度上存在着差异,但与矿质元素的含量没有直接的关系.平衡液的电导率差异比较小,不同材料中P的含量也都比较低(<0.6mg/g).表1基质材料理化性能参数基质pH电导率/(μS·cm-1)w(P)/(mg·g-1)w(Al)/(mg·g-1)w(Fe)/(mg·g-1)w(Ca)/(mg·g-1)石灰石7.691160.081.480.98383.57硅灰石6.851070.262.381.61227.50陶粒7.271180.4287.4141.1611.50沸石6.741200.1365.865.4627.21普通沙子6.60990.5964.0628.911.212.2P吸附