论文部分内容阅读
人工湿地是一种具有广阔应用前景的生态污水处理技术,它具有投资少、运行费用低、能耗低等优点,正不断得到研究应用和发展。佛山市以陶瓷产业闻名全国,生产过程中产生的大量陶瓷废料造成严重的环境污染和资源浪费。另外,佛山市城区排污管网尚不健全,仍有部分城市污水就地排入地表河涌,严重污染地表水的水质状况。高效、廉价、美观、卫生的人工湿地处理系统可应用于处理这部分的城市污水。本研究拟通过将陶瓷废料作为一种新型的人工湿地基质与植物相结合,为解决佛山的污染问题开辟新的思路。本文采用单元桶模拟人工湿地的方法,筛选出耐污去污能力强,生长良好的湿地植物,研究不同处理方式对于提高人工湿地净化污水能力的影响以及陶瓷废料对于污水中氮、磷的吸附特征,考察了溶液初始浓度、吸附时间长短以及基质改性对吸附作用的影响。结果表明:
1.基质摇床实验结果证明,3种陶瓷废料对于氮、磷具有一定的去除效果。实验得出当采用粒径为0.5~1mm,基质浓度为5.00g/50ml的陶瓷废料去除废水中的氨氮时,由于比表面积和空隙率占优势,半成品废料的吸附能力高于其他两种废料;而采用同样粒径以及基质浓度的陶瓷废料去除磷时,则是陶瓷球废料效果最好,说明磷素的吸附以化学沉淀为主要去除机理,物理吸附为辅。同时,通过实验得到3种废料对氨氮以及磷素的吸附平衡时间分别是7h以及24h。且两者的吸附反应过程均可用“快速吸附,缓慢平衡”描述,且随着溶液初始浓度的提升其吸附容量也有所增加。
2.Elovich动力学方程对所有废料分别在氨氮或磷溶液不同浓度条件下的吸附容量和吸附时间之间的动态关系及解吸附均能进行很好的拟合,Freundlich等温方程式则对3种材料的氨氮等温吸附过程拟合的相关系数最好,而Langmuir等温方程式则对3种材料的磷等温吸附过程拟合的相关系数最好。
3.当溶液中pH值不同时,陶瓷废料对氨氮的吸附性能也不同。当pH为6~9时,吸附容量最好,当pH值<6或是>9时,吸附容量开始下降。焙烧改性并不能提高陶瓷废料对氨氮的吸附容量,相反会降低其容量。而NaCl改性能不同程度地提升陶瓷球废料和成品废料的吸附容量,陶瓷球废料的增长幅度明显高于成品废料。
4.在原水浓度CODcr为500 mg/L,NH4+-N为60 mg/L,TP为5 mg/L的污水条件下,经过14 d实验期,对茎叶以及根系生长状况、景观和管理难易程度、污染物去除率等6方面评比,菖蒲耐污能力在5种植物中表现最强,生长状况良好,因此选为后续实验的湿地植物。
5.在CODcr为514.1~739.2 mg/L,NH4+-N21.58~59.37 mg/L,TP4.61~9.87 mg/L的人工配置污水条件下,分别采用以下3种处理方式:处理1:种植植物菖蒲,水力停留时间72h;处理2:种植植物菖蒲,水利停留时间64h,落干8h;处理3:水力停留时间72小时,无植物。实验期间,3种处理方式的COD平均去除率分别为91.28%、93.62%、82.47%;氨氮平均去除率为85.58%、91.62%、77.51%;磷的平均去除率为82.49%、84.22%、78.47%。陶瓷球废料对有机物、氨氮以及磷都有一定的吸附作用,可以作为人工湿地的填料。显著性检验表明:种植植物以及干湿交替的操作方式对于氨氮、COD以及TP都存在一定的影响。运行方式对湿地中的复氧有重要意义,从而影响COD以及氨氮的去除(P<0.01)。间歇性操作能提高系统内部的氧含量,更有利于附着在基质上的生物膜表面的好氧菌和内层的厌氧菌形成硝化\反硝化的微型处理单元,使得微生物能更有效的分解吸附的氨氮,同时也提高有机物的去除率。