人工湿地模块化基质脱氮除磷性能研究

选取碱、Mg²⁺和Zn²⁺复合改性的沸石、石灰石和硅藻土为骨料,参照植生型多孔混凝土制作方法,制作了七种不同骨料体积比的模块化人工湿地基质。通过静态吸附实验对其脱氮除磷性能进行比较。筛选出三种模块化基质进行等温吸附实验和动力学吸附实验,对其脱氮除磷机制进行研究。结果表明：以单一改性沸石为骨料的模块化基质脱NH₄⁺-N效果最好,其理论最大吸附量为45.79 mg/g;以三种改性基质按体积比1∶1∶1配比为骨料制作的模块化基质除PO₄^3--P效果最好,其理论最大吸附量为11.52 mg/g;准二级吸附动力学模型能更好地拟合三种基质脱氮除磷的吸附动力学过程,三种基质对NH₄⁺-N和PO₄^3--P的吸附速率均受化学吸附速率控制。     

改性Zr-Na/Zeolite双功能沸石脱除水溶液中氨氮和磷性能

采用氯化钠离子交换和氯氧化锆沉积-沉淀两步法改性天然沸石,得到具有脱除水中氨氮和磷的双功能锆钠改性天然沸石(Zr-Na/Zeolite)。考察了Zr-Na/Zeolite在不同pH、氨氮和磷初始质量浓度和温度下对氨氮溶液、含磷溶液及氮磷共存溶液的吸附情况。结果表明,Zr-Na/Zeolite能够在保持Na改性沸石(Na/Zeolite)优良的吸附氨氮性能的基础上,极大地提高吸附磷的能力。在不同pH下,Zr-Na/Zeolite吸附氨氮和磷的效果呈现不同的规律。对于氨氮,水溶液pH在4~8时Zr-Na/Zeolite具有最佳吸附性能,最高吸附量达到4.5 mg/g。对于含磷阴离子,脱磷能力随pH的升高而降低,吸附量从pH=2时的4.71 mg/g降到pH=10时的2.20 mg/g。当Zr-Na/Zeolite投加量为0.2 g,氨氮和磷初始质量浓度从10 mg/L提高到200 mg/L时,氨氮和磷的吸附量分别从1.42和2.46 mg/g提高到11.60和11.80 mg/g。溶液温度从25℃升高到45℃时,氨氮的吸附量提高了10%,磷的吸附量提高了11%。磷和氨氮的吸附过程符合准二级动力学模型。0.1 mol/L Na OH和1.0 mol/L Na Cl混合溶液可以再生Zr-Na/Zeolite,循环吸附14次后,吸附效率几乎保持不变。     

改性Zr-Na/Zeolite双功能沸石脱除水溶液中氨氮和磷性能研究

采用氯化钠离子交换和氯氧化锆沉积沉淀两步法改性天然沸石,得到具有脱除水中氨氮和磷的双功能锆钠改性天然沸石（Zr-Na/Zeolite）,考察了不同pH、溶液初始质量浓度和温度下Zr-Na/Zeolite对氨氮溶液、含磷溶液及氮磷共存溶液的吸附情况。结果表明,Zr-Na/Zeolite能够在保持Na改性沸石（Na/Zeolite）优良的吸附氨氮性能的基础上,极大地提高吸附磷的能力。在不同pH下,Zr-Na/Zeolite 吸附氨氮和磷的效果呈现不同的规律。对于氨氮,水溶液pH在4~8时具有最佳吸附性能,最高吸附量达到4.5 mg/g。对于含磷阴离子,脱磷能力随pH的升高而降低,吸附容量从pH=2时的4.71 mg/g降到pH=10时的2.20 mg/g。溶液初始质量浓度从10 mg/L提高到200 mg/L时,氨氮和磷的单位吸附容量分别从1.42和2.46 mg/g提高到11.6和11.8 mg/g,去除率分别从57.0%和98.2%降低到23.2%和23.6%。溶液温度从25 ℃升高到45 ℃,氨氮的吸附容量提高了10%,磷的吸附容量提高了11%。磷和氨氮的吸附过程符合准二级动力学模型。0.1 mol/L NaOH和1.0 mol/L NaCl混合溶液可以再生Zr-Na/Zeolite,循环吸附14次,吸附效率几乎保持不变。     

改性沸石处理低浓度氨氮水的实验研究

在对NaCl改性沸石吸附处理模拟氨氮水单因素研究基础上,对该吸附过程的吸附等温线及动力学模型进行了分析。实验结果表明:在最佳改性条件下得到的NaCl改性沸石在室温(27℃),初始氨氮浓度30 mg/L,溶液pH值6,投加量5 g/L以及反应时间90 min时,氨氮去除率高达90.7%,吸附剂的吸附容量为8.97 mg/g。且吸附过程更符合Langmuir等温吸附模型,其相关系数为0.9973。吸附动力学分析表明,NaCl改性沸石吸附模拟氨氮水更符合准二级动力学模型,其相关系数为0.9988。     

三种人工湿地填料对氨氮与磷的吸附特性

采用等温吸附、吸附动力学、填料饱和吸附后氨氮与磷解吸实验,研究了浮石、陶结和陶粒对氨氮和磷的吸附特征。结果表明,Langmuir和Freundlich等温吸附方程均能较好拟合各填料对氨氮和磷的吸附特征,各填料对氨氮的最大吸附量顺序依次为浮石(64.91 mg/kg)>陶结(36.11 mg/kg)>陶粒(22.23 mg/kg),对磷的最大吸附量顺序依次为浮石(127.77 mg/kg)>陶粒(15.38 mg/kg)>陶结(无吸附);各填料对氨氮与磷的全程平均吸附速率大小顺序与最大吸附量大小顺序一致;Bangham吸附速率方程能较好描述浮石与陶粒对氨氮与磷、陶结对氨氮的等温吸附动力学特征;氨氮解吸风险为陶粒>陶结>浮石,磷解吸风险为陶结>陶粒>浮石。综合考虑,浮石更适合作为去除污水中氨氮与磷的人工湿地填料。     

人工湿地填料对氮磷的静态吸附筛选实验

通过考察填料对水中氮磷的吸附性能,为人工湿地填料的选择提供依据。在水中投加一定量填料,在不同条件下进行磁力搅拌,测定填料对氮磷的吸附性能。结果表明填料粒径为8~12目,固液比50 mg/L,搅拌速率300 r/min,搅拌时间3 h,原水pH约为6.5,氨氮的初始质量浓度30 mg/L左右、磷的初始质量浓度3 mg/L左右时,煤灰渣对氨氮的去除率6.6%,对磷的去除率30%;沸石对氨氮的去除率40%,对磷的去除率22.8%;蛭石对氨氮的去除率28.5%,对磷的去除率9%。pH对氮磷吸附的影响较大,原水在碱性和中性的条件下,对氮磷的吸附性能要优于酸性条件。     

5种填料对污水中氮磷的吸附特性研究

针对富营养化水体,为筛选吸附氮磷效果较好的填料,选取5种人工湿地填料沸石、陶粒、轮胎颗粒、火山岩、蛭石,采用等温吸附和动态吸附,研究各填料的吸附特性,并模拟污水对5种填料的吸附效果进行分析。结果表明,Langmuir和Freundlich方程都能较好的描述各填料的吸附特征,通过Langmuir的拟合,理论上5种填料对氨氮的吸附量从大到小依次为沸石火山岩蛭石陶粒轮胎颗粒;对磷的吸附量从大到小依次为陶粒火山岩蛭石沸石轮胎颗粒;各填料对氮磷的吸附动力学特征可以用双常数方程和Elovich方程拟合,5种填料对污水进行处理时,沸石除氮能力较强,轮胎颗粒除磷能力较强;从吸附效果和经济适用的角度来看,5种填料中轮胎颗粒更适合作为人工湿地填料。     

5种填料对污水中氮磷的吸附特性研究

针对富营养化水体,为筛选吸附氮磷效果较好的填料,选取5种人工湿地填料沸石、陶粒、轮胎颗粒、火山岩、蛭石,采用等温吸附和动态吸附,研究各填料的吸附特性,并模拟污水对5种填料的吸附效果进行分析。结果表明,Langmuir和Freundlich方程都能较好的描述各填料的吸附特征,通过Langmuir的拟合,理论上5种填料对氨氮的吸附量从大到小依次为沸石>火山岩>蛭石>陶粒>轮胎颗粒;对磷的吸附量从大到小依次为陶粒>火山岩>蛭石>沸石>轮胎颗粒;各填料对氮磷的吸附动力学特征可以用双常数方程和Elovich方程拟合,5种填料对污水进行处理时,沸石除氮能力较强,轮胎颗粒除磷能力较强;从吸附效果和经济适用的角度来看,5种填料中轮胎颗粒更适合作为人工湿地填料。     

LDHs覆膜改性活性炭对水中磷的吸附特性研究

采用水热共沉淀法合成两种层状双金属氢氧化物(MgAl-LDHs和MgFe-LDHs)覆膜于活性炭,并研究了其对水中磷的吸附特性。结果表明,在pH=7、温度为298.15 K、吸附时间为4 h时,MgAl-LDHs和MgFe-LDHs改性基质对磷酸盐最大理论吸附容量分别为3.158 mg/g和4.557 mg/g。吸附过程更加符合Langmuir等温模型和拟二级动力学吸附模型,以均匀单分子层化学吸附为主。当磷酸盐初始浓度为0.5 mg/L和2 mg/L时,MgAl-LDHs改性基质的饱和吸附容量接近MgFe-LDHs改性基质的2倍,MgAl-LDHs改性基质更适合作为吸附剂。LDHs改性基质吸附磷酸盐的热力学参数ΔG⁰<0、ΔH⁰<0,说明吸附过程是自发的放热过程,低温更有利于提高吸附效果。     

斜发沸石对NH_4~+-N的吸附解吸及其改性方式研究

通过实验研究了斜发沸石对模拟废水中氨氮的吸附解吸特性及其改性方式。结果表明,采用Langmuir模型更利于描述斜发沸石对氨氮的吸附行为(R~2=0.9991),最大吸附量为5.96 mg/g;沸石吸附呈现"快速吸附,缓慢平衡",其过程符合准二级吸附动力学方程(R~2=0.9992)。沸石吸附越接近饱和越利于解吸,在0.1 mol/L的盐酸溶液中解吸率高达54%。盐改性更利于提高沸石对氨氮的去除,沸石在0.1 mol/L的NaCl溶液中改性2 h后,其对NH_4~+-N的去除率达83.3%,是天然沸石的1.32倍。     

不同改性沸石强化去除雨水径流氮磷机制

为了更有效地去除初期雨水径流中氮磷等营养类污染物,文中采用钠铁、钠镧和钠锆作为改性材料制备3种不同类型的改性沸石,即钠锆改性沸石(Z/Na/Zr)、钠镧改性沸石(Z/Na/La)和钠铁改性沸石(Z/Na/Fe),并通过吸附等温线、动力学和热力学对比考察不同改性沸石对雨水径流中氨氮和磷酸盐吸附规律的影响。结果表明,3种改性沸石都可以很有效地吸附雨水中的氨氮和磷酸盐,且Z/Na/Zr对水中磷酸盐的吸附性能明显优于Z/Na/La和Z/Na/Fe。3种改性沸石对磷酸盐和氨氮的吸附过程符合准二级动力学模型,吸附过程是吸热反应,温度的升高有利于进行吸附反应。从吸附动力学和吸附热力学角度来看,钠锆联合改性沸石可作为控制雨水径流氮磷污染的良好材料。     

沸石对氨氮的吸附及解吸效果研究

沸石作为一种性能优良的填料常被用于人工湿地。通过对人工湿地常用填料——沸石进行氨氮吸附及解吸试验得出,沸石的吸附性能优于石灰石等常用填料的吸附性能;在不同标准铵浓度溶液中,沸石对氨氮的最大吸附浓度可达到1.58 mg/g,随着氨氮浓度增加,吸附量也有相应增加;在吸附饱和以后通过强制干燥或自然风干,均能得到较好的恢复,解吸率分别高达80%和73%。     

沸石吸附城市有机废弃物厌氧发酵沼液氨氮研究

采用天然沸石、NaCl改性沸石和氯化十六烷基吡啶(CPC)改性沸石吸附沼液中的氨氮,考察了沸石投加量、沼液pH和吸附时间等因素对沼液中氨氮吸附效果,分析了3种沸石对沼液中氨氮的吸附动力学过程。结果表明,对100 m L沼液,NaCl改性沸石对沼液氨氮的吸附性能大于天然沸石和CPC改性沸石,在投加量为20 g、沼液pH为6～8、吸附时间为120 min时,吸附效果为佳;天然沸石投加量为25 g、沼液pH为8、吸附时间为180 min时效果为佳;而CPC改性沸石一直处于较低的吸附水平,不适用于沼液氨氮的吸附。准1级反应动力学方程模型能较好的描述3种沸石吸附沼液中氨氮的过程。     

10种人工湿地填料对磷的吸附特性比较

为筛选出更优质的人工湿地填料,采用等温吸附和动态吸附实验,测定了10种人工湿地填料火山石、砾石、碎石、碎砖、生物陶粒、无烟煤、高炉渣、活性炭和沸石的堆积密度和孔隙率以及各填料对磷的吸附特性。结果表明,火山石和活性炭的堆积密度较小分别为0.74 g/cm3和0.58 g/cm3,火山石的孔隙度最大为77%。Freundlich和Langmuir模型均能较好地拟合各填料对磷的吸附特征;通过Langmuir模型计算,各填料对磷的理论饱和吸附量大小依次为生物陶粒无烟煤碎石活性炭砾石沸石碎砖火山石高炉渣沙。无烟煤、生物陶粒、碎砖、活性炭、高炉渣的动态吸附特征可以用准2级动力学方程来进行描述。各填料对磷的吸附都包括快、中、慢3个阶段。火山石是湿地填料较好的选择之一;生物陶粒和无烟煤等除磷能力比较强的填料可以作为磷负荷比较大的湿地的填料。     

改性废砖对氨氮的吸附性能研究

采用单因素分析法,实验研究了不同改性方法、p H、温度、时间、吸附剂用量等影响因素对改性废砖吸附氨氮的性能影响,并实验考察了改性废砖对氨氮的等温吸附模型和吸附动力学数据。结果表明,相同实验条件下,钠改性废砖对氨氮的去除率更高;p H=9.5,Na-废砖与氨氮的投加质量比率为200:1时,Na-废砖对氨氮的去除率高;升高温度可以提高Na-废砖对氨氮的吸附性能;在25℃,p H=9.5,吸附时间1 h,投加比例为200:1的条件下,氨氮去除率可达98.4%。Na-废砖对氨氮的吸附符合Freundlich等温吸附模型和Langergren准一级反应动力学方程,吸附容量为5.03 mg/g。     

不同基质磷吸附性能及其在表流人工湿地中应用

选用煤渣和沙子两种基质进行等温吸附和吸附动力学试验,并结合表面流人工湿地处理含磷废水的效果,研究了煤渣和沙子对磷的吸附特性以及两种基质在表面流湿地中的除磷效果。结果表明:吸附实验中,Freundlich和Langmuir方程均能较好地拟合两种基质对磷的吸附特性,一级反应动力学方程能够很好拟合沙子的吸附动力学曲线,煤渣的动力学拟合情况较差。以煤渣为基质的表面流人工湿地对磷的平均去除率(35.79%)低于以沙子为基质的表面流人工湿地对磷的平均去除率(48.25%),并且沙子湿地除磷的稳定性好于煤渣湿地。     

曝气人工湿地深度处理污水处理厂尾水中四环素的研究

采用陶粒、沸石和矿渣复合基质的人工湿地系统处理污水处理厂的尾水。考察了不同曝气位置、曝气量和水力负荷对系统运行效果的影响，研究了不同进水浓度对四环素的去除效果以及三种基质对四环素的吸附特性。结果表明，人工湿地的中段采用2.55 m³/h的曝气量，水力负荷0.48 m³/(m²·d)、四环素进水浓度200μg/L时，四环素的去除效率高达97.36%。三种基质中炉渣对四环素的吸附效果最佳，吸附平衡量约为2 943 mg/kg，吸附过程符合拟一级动力学，等温吸附过程符合Freudlich模型。     

沸石改性及其对水中氨氮去除实验研究

实验研究了改性沸石对水中氨氮的吸附效果及影响其吸附的主要因素,研究结果表明:焙烧改性对沸石的结构产生破坏,降低了沸石的吸附能力;酸改性沸石未能提高其对水中氨氮的去除率;碱改和盐改性的沸石对氨氮的吸附能力有增强作用,其中Na Cl、Na OH改性的沸石对氨氮的吸附能力增强作用较为明显。改性时间、温度、改性剂浓度对改性效果均有一定影响,其中温度越高,改性后沸石对氨氮的去除效果越好。改性温度达到70℃时,浓度为1.0 mol/L的Na OH溶液改性的沸石对氨氮的最大吸附量达到0.57 mg/g。     

沸石吸附微污染水源水中氨氮的研究

研究沸石吸附微污染水源水中氨氮的吸附效能。采用预处理的60~75目浙江缙云天然沸石和改性沸石吸附微污染水源水中的氨氮,通过等温吸附试验、吸附热力学试验、吸附动力学试验以及颗粒内扩散试验,比较了解天然沸石和改性沸石对氨氮的吸附性能。试验结果表明,天然沸石和改性沸石对氨氮的吸附过程均符合Freundlich等温方程;天然沸石和改性沸石吸附氨氮的反应均是自发进行的熵减型反应,吸附氨氮的过程是放热过程;天然沸石和改性沸石的准二级动力学方程的R~2分别为0.996 8、0.999 3,相关性高于准一级动力学方程,因此用Lagergren准二级动力学模型可以更好的描述天然沸石和改性沸石吸附氨氮的动力学过程;天然沸石和改性沸石吸附氨氮是一个多步骤控制的过程。     

三种湿地填料对氨氮去除效果研究

填料是人工湿地除氮的主要组成部分,采用动态吸附试验,测定了轻质砖、陶粒和红砖三种填料对氨氮去除效果,研究表明,填料基质粒径越大,氨氮的去除率越小;对不同浓度的氨氮废水,轻质砖的去除率在80%左右,陶粒在25%左右,红砖波动较大;曝气有利于填料对氨氮的去除,其增幅依次是陶粒(20.84%)红砖(10.62%)轻质砖(7.71%);填料对氨氮的解吸率大小依次为轻质砖(57.32%)红砖(43.67%)陶粒(24.76%),研究显示,轻质砖适合作为人工湿地除氮填料。