人工湿地填料必须具有一定的机械硬度和化学稳定性,具有较大的比表面积、一定的颗粒级配和适当的孔隙率。填料应尽量就地取材,货源充足,价廉易得。近年来,人工湿地污水处理系统己经在污水处理中得到了广泛的应用,取得了较好的效果,但还存在着一些问题,如污水中氨氮难以去除,其去除率低,一般不超过60%,而且不能持续、稳定的去除,水质难以达标;无机磷在填料吸附饱和之后,去除率明显下降。

本实验针对这些问题,通过查阅文献资料发现:①由于石灰石中含有大量的ca2+,而Ca2+极易与磷酸根发生化学反应生成沉淀,因此从化学反应的角度来看石灰石是除磷效果最好的填料脚;②沸石具有很大的比表面积,仅次于活性炭,因此沸石具有很强的吸附陛能,研究表明天然沸石对氨氮和磷酸盐都有较好的处理效果嘲;③天然蛭石加热到250cc时,体积增加到8~15倍而成为膨胀蛭石[51,因此膨胀蛭石具有更大的比表面积及吸附性能;④高炉渣中存在各种价态的铁、钙、镁等金属离子,这就使溶解性磷酸根与铁等金属离子生成沉淀成为可能。另外,高炉渣的细小多孔性构造又为吸附此类沉淀物创造了条件,据此可判断,高炉渣在某些条件下可成为良好的除磷吸附剂6[1。另外,砂子和碎石价格低廉,取材方便,因此,本试验选择石灰石、沸石、蛭石、高炉渣、碎石和砂子6种填料进行试验。

1材料与方法

1.1试验材料

1.1.1填料

石灰石、沸石、蛭石、高炉渣、碎石和砂子的物理性质见表l。

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

表1填料的物理性质

1.1.2试验水质

试验所用的污水是用自来水和硫酸铵、磷酸二氢钾配制而成。由于典型的水产养殖废水中氨氮的质量浓度一般在1.0~5.0mgm,总磷的质量浓度一般在0.2~1.5mgm。因此本次试验所配污水的浓度为:NH4+~N的质量浓度范围为1.0~5.0mgm,TP的质量浓度范围为0.2~1.5mgm。

1.2试验方法

1.2.1水质监测方法

氨态氮:纳氏试剂比色法;

总磷:过硫酸钾消解磷钼杂多酸分光光度法。

1-2.2填料的等温吸附方程拟合

通过吸附等温公式确定吸附剂的吸附量及吸附类型,为选择吸附剂提供了可比较的数据,对吸附设备的设计有一定的参考价值。

目前常用的吸附等温式有2个:Freundlich吸附等温式,Langmuir吸附等温式。

1.2_2.1Freundlich等温方程

该公式是经验公式,形式为

人工湿地填料筛选-国投盛世

式中:K,/1为特征常数;q为对污染物的吸附量;C为污染物的浓度。该式(1)取对数,可得:

人工湿地填料筛选-国投盛世

可以通过Freundlich等温方程拟合,说明填料的吸附难易程度具有相对稳定性,不同填料的拟合参数11值大小可以确定填料对特定因子的吸附难易程度,从而可以选择优质填料。

1-2.2.2Langmuir等温方程

该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下导出的,形式为

人工湿地填料筛选-国投盛世

式中:K和K为常数,将上式变换成式(4),使用时较方便。

每个吸附公式都包含了2个常数,这些常数可以通过数学方法处理试验数据得出。

通过Langmuir等温方程拟合,说明填料的吸附量具有相对稳定性,不同填料的拟合参数k值大小可以确定填料对特定因子的吸附容量,从而可以选择优质填料。

2结果与分析

2.1填料对氨氮吸附的等温方程拟合

2.1.1Freundlich等温方程拟合

根据不同进水浓度时,不同填料对氨氮的平衡浓度及吸附容量的数据,制作吸附量对数一平衡浓度对数图,进行Freundlich方程拟合。拟合曲线见图1~图6。拟合方程及参数见表2。各填料都较好地拟合了Freundlich线性方程,相关系数都在较高的水平上。一般n值在2~10之间易进行吸附,n<0.5时吸附不能进行;n>1表明该吸附是优先吸附。所选6种填料n值均>0.5,沸石、砂子和碎石n>l,因此,此3种填料较易吸收氨氮。

2.1.2Langmuir等温方程拟合

根据不同进水浓度时,不同填料对氨氮的平衡浓度及吸附容量的数据,制作吸附量倒数一平衡浓度倒数图,进行Langmuir等温方程拟合。该方程反映的是填料对污染物的吸附容量,一般K值越大,吸附能力越强。拟合曲线见图7~图12。拟合方程及参数见表3。各填料均较好地拟合了Langrnuir线性方程,各填料对氨氮的吸附能力由强到弱依次是:沸石>砂子>碎石>蛭石>石灰石>高炉渣。

2.2填料对TP的吸附等温方程拟合

2.2.1Freundlich等温方程拟合

根据不同进水浓度时,不同填料对TP的平衡浓度及吸附容量的数据,制作吸附量对数一平衡浓度对数图,进行Freundlich线性方程拟合,拟合曲线见图l3~图18,拟合方程及参数见表4。各填料均较好地拟合了Freundlich线性方程。它们的J1值均>1,表明它们均较易吸附磷。

2-2.2Langmuir等温方程拟合

根据不同进水浓度时,不同填料对TP的平衡浓度及吸附容量的数据,制作吸附量倒数一平衡浓度倒数图,进行Lannuir方程拟合,拟合曲线见(图l9~图24),拟合方程及参数见表5。各填料TP的吸附均较好的拟合了Langrnuir线性方程,它们的吸附能力由强到弱依次是:蛭石>高炉渣>砂子>沸石>碎石>石灰石。

本实验所选6种填料对氨氮和总磷的吸附均较好地拟合了Freundlich和Langrnui线性等温吸附方程。其中沸石较易吸附氨氮,其中吸附能力由强到弱依次是:沸石>砂子>碎石>蛭石>石灰石>高炉渣。对总磷各填料均较易吸附,吸附能力由强到弱依次是:蛭石>高炉渣>砂子>沸石>碎石>石灰石。

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世

人工湿地填料筛选-国投盛世