高炉矿渣基质人工湿地除磷特性研究.pdf
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1、书书书第 卷 第 期 年 月气 象 与 环 境 学 报 收稿日期:;修订日期:。基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项河流主题()资助。作者简介:李晓东,男,年生,博士,主要从事污染环境的修复技术研究,:。高炉矿渣基质人工湿地除磷特性研究李晓东,师晓春,晁雷,杨明珍,(辽宁省环境科学研究院,辽宁 沈阳 ;辽宁省流域污染控制重点实验室,辽宁 沈阳 )摘要:以冶金废物高炉矿渣作为人工湿地基质,研究了其对生活污水中磷的去除效果。等温吸附 解吸实验结果表明:高炉矿渣的磷素理论饱和吸附量为 ,是沙子()的 倍;高炉矿渣基质的磷吸附解吸率为 ,也远小于沙子的 。复合垂直流湿地各基质层对磷的吸附量实验
2、结果表明,表层基质层磷含量远高于其他层,各基质层磷含量沿水流方向和基质深度呈逐渐降低的趋势;表层添加高炉矿渣的湿地单元,表层基质对磷的吸附效果远高于对照。结果表明,高炉矿渣基质具有较强的磷吸附能力,作为人工湿地基质是可行的,建议根据表层基质磷吸附饱和情况,随着植物的收割适当更换表层基质,延缓湿地的除磷年限。关键词:高炉矿渣;人工湿地;基质;除磷中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言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,污水除磷对于控制水体富营养化具有非常重要的意义。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。大量研究 表明,湿地除磷主要依靠基质的吸附作用,尤
3、其是富含 、和 的湿地基质通过吸附和沉淀反应,能对磷素有很好的去除效果。但是湿地基质容易饱和,磷去除率会随着湿地运行时间逐渐降低等不足 ,一直以来没有得到很好解决,限制了人工湿地技术的推广应用。许多学者致力于开发高效的除磷基质 ,研究发现钢渣的最大磷吸附量可达 ,是沙子的 倍之多,是目前对磷吸附效果最好的基质之一;但同时也发现钢渣遇水显强碱性,不适合湿地植物生长,因而很少在人工湿地工程中使用。高炉矿渣是一种类似于钢渣的冶金废物,是一种多孔质硅酸盐材料。本研究以高炉矿渣作为人工湿地基质,探求其对生活污水中磷的净化效果。实验设计流程 湿地结构本研究采用复合垂直流湿地(,简称 ),高炉矿渣取自沈阳周
4、边某钢厂,沙子购于沈阳建材市场。实验共有 个结构相同的单元组成,一个表层填充高炉矿渣基质记为 ,另一个填充沙子作为对照,记为。长、宽、高分别为 ,下行流基质厚度为 ,上行流基质厚度为 。其中 ,下行流池上层 为粒径 的高炉矿渣,中间 为粒径 的沙子,下层 为粒径 的砾石;上行流池上层 为粒径 的高炉矿渣,中间 为粒径 的沙子,下层 为粒径 的砾石。对照单元 ,除整个湿地表层基质用粒径 的沙子代替高炉矿渣,其他层基质与 相同。人工湿地植物选用美人蕉花卉植物,于 年 月 日开始运行,运行方式为间歇运行,每日工作 ,时间控制器和流量计控制进水。基质的矿物含量和部分理化性质见表 和表 。表 基质的主要
5、矿物含量(以氧化物计)矿物成分 其他高炉矿渣 沙子 表 基质的部分理化性质性质比表面积()高炉矿渣 沙子 进水水质实验用水为某生活小区生活污水经厌氧预处理后的出水。人工湿地进水水质参数见表 。高炉矿渣磷素吸附等温线实验称取 下干燥的高炉矿渣 ,作 个平 气 象 与 环 境 学 报第 卷行,置于容积为 的三角瓶中,分别加入由表 人工湿地进水水质 测试指标 氨氮参数 注:基质 水 。溶液配置的不同磷素浓度(以 计,下同)的 标准溶液 ,含磷浓度分别为 、和 。将三角瓶放入恒温摇床中,()振荡 后经 膜抽滤,测其上清液磷素浓度,并根据其浓度的变化,计算基质吸附磷素的数量,取平均值。以吸附平衡液磷浓度
6、与单位填料磷吸附量作图,即得填料磷吸附等温曲线。同时以沙子作对照比较。高炉矿渣磷吸附饱和后解吸实验取上述磷吸附饱和后的高炉矿渣 ,作 个平行,置于塑料离心管中,加入 的 溶液 。将三角瓶放入恒温摇床中,()振荡不同时间后离心,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。同时以沙子作对照比较。人工湿地不同基质层磷含量测定在人工湿地床体内部,沿水流方向下行流池和上行流池各分层,分别为深度 、和 。重复土样同层次混合后,冰箱冷藏备用,测定各层基质对磷的吸附情况。测试方法供测基质中磷素含量及各湿地单元不同基质层中磷的测定用钼锑抗比色法 ,基质矿物全量的测定用 射线荧光分析法
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