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本文研究了构造湿地工程常用的几种基质材料:河沙、煤渣、黄土和钙石(石灰石)的磷吸附能力,在此基础之上提出了一种通过简单添加基质材料抑制底泥磷释放的理论模型并予以初步的实验验证,最后以太湖湖滨带的构造湿地工程为实例,跟踪测定了这些基质材料应用于工程后的去污效果。
为了量化比较不同基质材料的磷吸附能力,我们采用了恒温培养测定材料的等温吸附曲线的实验方式,并结合X—荧光衍射测定材料的元素组成。结果表明,钙石、黄土中钙元素含量最高(CaO含量分别为35.5%和28.5%),对磷的吸附能力最强(Freundlich方程常数k=0.206 n=1.79和k=0.104 n=2.07);煤渣中铝含量较高(Al2O3含量30.9%),吸附能力次于钙石和黄土(k=0.085 n=2.22);河沙的钙、铝含量都比较低(CaO含量0.30%Al2O3含量17.0%),磷吸附能力最差(k=0.0065n=1.71)。
新模型的建立基于两点基本假设:封闭体系磷含量不变;底泥可以看作多种吸附材料的复合体,有其自身的等温吸附曲。文章根据磷平衡的原理,利用前文中基质材料的等温吸附曲线的特征常数,计算出使得底泥与水体的初始平衡磷浓度降低至标准值以下所需要的基质材料质量,此即抑制底泥磷释放所需要的基质材料的理论用量。然后采用不同基质材料在不同用量时的实验效果来验证模型的正确性,结果表明,在不考虑环境因素作用的前提下,实验结果与理论计算比较吻合。煤渣和黄土在1.0 g用量时的处理效果与理论值差异不显著(p>0.05),钙石在0.5 g用量时的处理效果与理论值差异不显著(p>0.05)。
作为对这个模型的补充,实验研究了了环境因素的双因素交互作用对于底泥磷释
放的影响。得出结论,影响底泥磷释放的环境因子中,按照影响作用的强弱排序为:物理扰动>培养天数>微生物活性>温度。根据各种处理交互作用下结果差异显著性的比较分析,得出温度可能只是影响底泥磷释放的间接因素,它通过改变微生物活性发挥自己的作用。 对太湖湖滨带构造湿地处理污水效果的跟踪测定结果显示,上述基质材料应用于构造湿地工程后能发挥其稳定的污水处理能力,在未引入植物的情况下,其对于总磷(TP)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)和浊度(TURB)的去除效率分别达到28.16%、27.66%、21.35%和80.68%。但也有一些缺点,比如引起出水电导率的升高。
以上结果表明:常用基质材料,如煤渣、黄土和钙石本身具有较强的磷吸附能力,并且具有很好的工程实用性.新模型经过验证能够在一定条件下指导基质材料的使用,对水体富营养化的治理发挥独特作用。如何进一步发挥这种指导作用,更合理地利用基质材料仍然需要根据环境因素和水力学对该模型进行修正。