人工湿地陶粒滤料的应用

在人工湿地处理污水的过程中，湿地中的填料对污染物质的去除起重要作用。本研究选取800级页岩陶粒、800级粘土陶粒、400级粘土陶粒、200级粘土陶粒及石灰石碎石五种填料，进行试验研究，主要内容包括单一填料、不同填料组合人工湿地对污染物的去除效果及机理试验研究，填料上生物膜及硝化/反硝化细菌特性的研究，试验结果表明： (1)单一填料对污染物质的去除效果试验：800级粘土陶粒对COD、TN、NH<,3>-N等污染物质的平均去除率均为好，分别达到79％、56.8％、71.5％；对TP平均去除率好的是200级粘土陶粒，去除率为62.4％；各陶粒对污染物质的去除效果均优于石灰石碎石。 (2)组合填料人工湿地对污染物的去除效果试验：800级粘土陶粒与400级粘土陶粒组合人工湿地对COD、TP、NH<,3>-N等污染物质的去除效果均为好，不同陶粒组合人工湿地的处理效果均优于石灰石碎石人工湿地。人工湿地对COD、NH<,3<-N的去除效果受季节变化影响，冬季去除率均有不同程度降低。对COD表现出较好的去除效果，冬季去除率仍然保持在50％以上。季节变化对TP的去除效果影响不明显，但随着运行时间的延长，各人工湿地对TP的去除率均呈缓慢的降低趋势，至试验结束，石灰石碎石人工湿地的去除率为31.9％，陶粒组合人工湿地为35.6％以上。 (3)填料的生物膜特性试验：填料上微生物的生长过程约需2个月，微生物生长稳定阶段形成的生物膜量为800级粘土陶粒>200级粘土陶粒>400级粘土陶粒>800级页岩陶粒>石灰石碎石；生物膜活性高的为800级粘土陶粒的。 (4)复合垂直流人工湿地硝化/反硝化细菌空间分布试验：陶粒内表面硝化/反硝化细菌数量均高于外表面；复合垂直流人工湿地上、下行池的亚硝酸菌、硝酸菌空间分布状况均为上层数量大于中、下层数量，且下行池上层数量多；反硝化细菌空间分布为上、下行池下层数量大于中、上层。

人工湿地作为农村生活污水的主要处理方式,已成为当前水污染控制应用研究的热点,尤其是其关键部件——填料。人工湿地的处理效果很大程度取决于填料的吸附效果,它与其内部金属离子的含量有关。关于人工湿地填料的研究,多集中在可直接选取得到的天然填料上,普遍存在来源广泛、成本低廉、应用效果差的特点,而效果较好的一般需经复杂的人工加工,大多价格昂贵、不易获取。自来水厂污泥是制水过程的副产物,也是水厂排放主要污染物,它包含了混凝剂和原水中悬浮物、胶体等,含有较多的Al、Fe-等金属离子,其处理与处置一直是自来水厂的沉重包袱。本文利用Al3+、Fe3+离子含量丰富的自来水厂污泥,通过造粒、煅烧,制得陶粒,研究了该陶粒对污水中污染物的吸附去除效果,并结合人工湿地模型,开展污泥陶粒作为人工湿地填料的应用性试验,旨在为解决自来水厂污泥出路的固废综合利用和丰富人工湿地填料选择提供技术借鉴。在自来水厂污泥进行陶粒制作过程中,分别设置了 200℃、400℃、600℃、800℃等四种煅烧温度,通过对其不同温度制得陶粒的吸附特性研究及物化性质的表征,确定其佳煅烧温度,探究其吸附机理。研究结果表明:四种温度制得污泥陶粒的吸附动力学特性均符合Langmuir和Freundlich方程,均对水中总磷有较高的吸附容量,其中以400℃的污泥陶粒吸附容量大,为13698.6 mg· kg-1,缓冲能力则是600℃的大;四种污泥陶粒的吸附效果随pH变化的趋势基本一致,均表现为在pH较低处吸附效果较好;SEM扫描发现,陶粒表面均为疏松状,以600℃的表面孔隙为均匀,平均孔径约1-2微米,适宜微生物的着床生长;通过EDS分析与陶粒内部Fe-P、Al-P含量测定认为,污泥陶粒对磷的吸附效果与其内部Fe、Al元素的含量成正相关,这也说明了湿地填料对总磷的吸附主要依赖于化学吸附;四种污泥陶粒的XRD谱图均与氧化铝的标准卡片基本一致,表明了污泥陶粒也存在所含氧化铝的物理吸附。综合SEM、XRD和EDS分析结果,确定600℃为陶粒制作佳煅烧温度。在人工湿地模拟小试试验中,设置了三组对照实验:污泥陶粒人工湿地、煤渣填料人工湿地及未加种植物的污泥陶粒湿地。通过对三组模拟湿地3个月的进出水质监测,结果表明:污泥陶粒人工湿地对污水中COD、氨氮、TN和TP的去除效果均好,对比相关文献报道的研究或应用效果,55%-80%的COD和85%-90%的TP去除效率也在众多文献报道居首,体现了污泥陶粒在作为人工湿地填料的优势和较好的应用前景;而污泥陶粒人工湿地对氨氮、TN的8%-28%和12%-27%去除率则与其它种类填料,如砾石、蛭石、钢渣等的20%左右去除率相当。