人工湿地填料选择及其性能研究

第９期　李丽萍，等：人工湿地填料选择及其性能研究　・１７９・　人工湿地填料选择及其性能研究　李丽萍　，张志鹏　（１．吉林省经济责任和投资审计中心，吉林长春１３００２２；　２．中国市政工程东北设计研究总院，吉林长春１３００２１）　摘要：随着城市生活污水的排放量不断增加，人工湿地技术因其投资和运行费用低廉、可有效去除氮磷等优点被越来越多的学者　所关注。人工湿地填料采用石灰石、火山渣和砂，其中，试验表明，火山渣吸附能力最强，石灰石次之，砂最小。是人工湿地微生物　栖息的载体。有机污染物在湿地中的去除是填料、植物、微生物协同作用的结果，填料对生物膜的物化除磷有辅助作用。　关键词：人工湿地；填料；生活污水　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１５）０９－０１７９－０２　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｗｅｔｌａｎｄ　Ｆｉｌｌｅｒｓ　Ｌｉ　，Ｚｈａｎｇ　Ｚｈｉｐｅｎｇ２　（１．Ｊｉｌｉｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ＲｅｓｐｏｎｓｉｂｉＬｉｔｙ　Ａｕｄｉｔ　ａｎｄ　Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｈａｎｇｅｈｕｎ　１３００２２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｈｉｎａ　Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｉｔｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｉｔｙ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｓｅｗａｇｅ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｃｏｎｔｉｎｕｉｎｇ　ｔｏ　ｉｎｃｒｅａｓｅ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｗｅｄａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｗａｓ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｃｈｏｌａｒｓ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｓｔ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｅｔｉｖｅｌｙ　ｌ＇ｅｌ￣ｏｖｅ　ｎｌｔ￣ｏｇｅｎ　ａＩ　ｐｈｏ马ｐｈｏｒｕ暑ｅｒｅ．Ａａｉｉｆｃｌａｌ，￣ｅｔｌｎｄ　ａｉｆｌｌｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ，ｓｌａｇ　ａｎｄ　ｓａｎｄ　ＶＯｌＣａｎＯ．Ｖｏｌｃａｎｏ　ｓｌｇ　ａｐｏｒｏｕｓ　ｓｕｒｆａｃｅ，ｇｏｏｄ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，ｌａｒｇｅ　ｓｐｅｃｉｉｆｃ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｒｅａ，ｈａｓ　ａ　ｓｔｒｏｎｇ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｏｆ　ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｗｅｔｌａｎｄ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｈａｂｉｔａｔ．Ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｉｎ　ｗｅｔｌａｎｄｓ　ｉｓ　ｐａｃｋｉｎｇ　ｐｌａｎｔ，ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ，ａ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｆｉｌｌｅｒ，　ｈａｓ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｅｆｆｃｔｅ　ｏｎ　ｐｈ３，ｓｉｅｏｅｈｅｍｉｃａｌ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｂｉｏｆｆｌｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｒｔｆｃｉｉａｌ　ｗｅｔｌａｎｄ；ｆｉｌｌｅｒ；ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｓｅｗａｇｅ　人工湿地中，基质是微生物赖以生存的场所，为水生植　物提供载体和营养物质，也是有机污染物转为无机物质的枢　纽，其组成直接关系到污水有机负荷大小、进水水流流速和　人工湿地占地面积等因素…。湿地中填料的磷吸附能力显　然对湿地除磷，尤其对长期的除磷效果有最重要的影响口】。　本文以火山渣和砂为填料，研究了它们对氨氮、无机磷的吸　附情况。　钙、铁等物质的氧化物　；　②细砂和原土：原土为随湿地植物一起移植的原生土　壤。在人工湿地上层铺设细砂和原土混合物，可以增强水力　传导率，提高移植植物成活率　。　２火山渣和砂子对磷的吸附作用　将８份砂子（每份１０　ｇ）分别放置在锥形瓶中，注入含磷　１填料的选择　本研究所选用的填料如下：　①火山渣：取自火山岩沉积区，多孔，含ＳｉＯ　，Ａｌ２０　和　污水，浓度分别为０．０１、０．Ｏ５、Ｏ．６４、１．００、１．１９、１．３２、１．４４、　１．５６　ｍｓ／Ｌ，ｐＨ值为７．４，于２５℃恒温水浴振荡器中震荡２４　ｈ。取出后测定其吸附能力，实验结果如图ｌ。根据Ｌａｎｇｍｕｉｒ　等温吸附模型，对吸附数据进行回归　Ｊ。回归结果见图２。　篙　＼　蚓　莲　平衡浓度／（ａｇ／ｒＬ）　平衡浓度／（ｒａｇ／Ｌ）　图１　砂子吸附磷等温平衡线　将８份火山渣（每份１０ｇ）分别放置在锥形瓶中，注入含　收稿日期：２０１５—０２—０２　图２砂子等温吸附磷Ｌａｎｇｍｕｉｒ拟合曲线　磷污水，浓度分别为０．０００、０．０１５、０．０３２、０．０９２、０．１７６、　作者简介：李丽萍（１９７３一），女，吉林长春人，高级工程师，学士，从事污水处理研究。　・ｌ８０・　山东化工　ＳＨＡＮＤ０ＮＧ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵ　ＩＩＲＹ　２０１５年第４４卷　０．４９２、０．５５２、０．５９３　ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值为７．４，于２５￣Ｃ恒温水浴振　荡器中震荡２４ｈ。取出后测定其吸附能力，试验结果如图３、　图４及表１。　平衡浓度／（ｒａｇ／Ｌ）　平衡浓度／（ｒａｇ／Ｌ）　图３　火山渣吸附磷等温平衡线　图４　火山渣等温吸附磷Ｌａｎｇｍｕｉｒ拟合曲线　表１　两种填料的Ｌａｎｇｍｕｉｒ模型和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ模型常数　从表１中可知，Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ模型的相关系数　分别为　３火山渣和砂子对氮的吸附作用　称取８份沙子（每份１０ｇ）于锥形瓶中，注入含氮污水，浓　度分别为：０．２９、０．５６、１．４２、２．４４、３．８４、４．８９、６．１５、６．８２ｒａｇ／　Ｌ，ｐＨ值为７．６９，于２５￣Ｃ恒温水浴中震荡２４ｈ。取出后测定　０．９９６５和０．９７３４，说明Ｆｒｅｕｄｌｉｃｈ等温方程能更好地拟合填料　吸附磷的数据（如图３、图４）。Ｌａｎｇｍｕｉｒ模型中火山渣对磷　的最大吸附量（Ｘｍ）为０．０４１，砂子对磷的最大吸附量为　０．０３，可知火山渣对磷的吸附能力更强。通过对比，火山渣　做为湿地填料较砂子适宜。　其吸附能力，试验结果见图５、图６。　ｏ．　要　藿ｏ．　产衡浓度／（ｍｇ，Ｌ）　图５　砂子吸附氮等温平衡线　于锥形瓶中放人８份火山渣（每份１０　ｇ），注入含氮污　图６砂子等温吸附氮Ｌａｎｇｍｕｉｒ拟合曲线　１６．５８　ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值为７．６９，于２５￣Ｃ恒温水浴中震荡２４ｈ。试　水，浓度分别为：Ｏ．２１、３．２３、６．２７、８．６７、１１．４４、１３．１４、１４．２７、　验结果如图７、图８及表２。　６５　４５　３　８　Ｃ　ｌ３　图７　火山渣吸附氮等温平衡线　图８火山渣等温吸附氮Ｌａｎｇｍｕｉｒ拟合曲线　（下转第１８５页）　第９期　徐娜，等：厌氧流化床微生物燃料电池串联处理啤酒废水　・１８５・　［１８］Ｗａｎｇ　Ｘｉｎ，Ｆｅｎｇ　Ｙｕｊｉｅ，Ｒｅｎ　Ｎａｎｑｉ，ｅｔ　ａ１．Ａｃｃｅｌｅｔａｔｅｄ　ｓｔａｒｔ　４０４０—４０４６．　—ｕｐ　ｏｆ　ｔｗｏ—ｃｈａｍｂｅｒｅｄ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｆｕｅｌ　ｃｅＨｓ；Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　［２５］Ｏｈ　Ｓ　Ｅ，Ｌｏｇａｎ　Ｂ　Ｅ．Ｖｏｌｔａｇｅ　ｒｅｖｅｒｓａｌ　ｄｕｒｉｎｇ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｆｕｅｌ　ａｎｏｄｉｃ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｐｏｉｓｅｄ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃｔａ，　ｃｅｌｌ　ｓｔａｃｋ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｏｕｒｃｅｓ，２００７，　２００９，５４（３）：１１０９—１１１４．　１６７（１）：１１—１７．　［１９］Ｂｏｎｄ　Ｄ　Ｒ，Ｌｏｖｅｌｙ　Ｄ　Ｒ．Ｅｌｅｃｔｒｒｉｃｉｔｙ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｂｙ　Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ　［２６］彦亚力，张佩佩，闫光绪，等．无中间体无膜微生物燃　ｓｕｌｆｕｒｒｅｄｕｃｅｎｓ　ａｔｔａｃｈｅｄ　ｔｏ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　ａｎｄ　料电池的构建与运行［Ｊ］．高校化学工程学报，２００８，２２　Ｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，２００３，６９（３）：１５４８—１５５５．　（１）：１７９—１８１．　［２Ｏ］“ｕ　Ｇｕａｎｇｌｉ，Ｙａｔｅｓ　Ｍ　Ｄ，Ｃｈｅｎｇ　Ｓｈａｏａｎ，ｅｔ　ａ１．Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ　［２７］　ｕ　Ｈａｎｇ，Ｃｈｅｎ　Ｓｈａｏａｎ，Ｌｏｇａｎ　Ｂ　Ｅ．Ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｆｅｄ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　ｓｔａｒｔ—ｕｐ　ｔｉｍｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　—ｂａｔｃｈ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ　ａｓ　ａ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｏｎｉｃ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　ａｍｅｎｄｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｅｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎ　Ｓｃｉ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，１０２（１５）：７３０１—７３０６．　Ｔｅｃｈｎｏｌ，２００５，３９（１４）：５４８８—５４９３．　［２１］Ｒａｂａｅｙ　Ｋ，Ｂｏｏｎ　Ｎ，Ｓｉｃｉｌｉｎａｏ　Ｓ　Ｄ，Ｃｔ　１ａ．Ｂｉｏｆｕｅｌ　ｃｅｎｓ　ｓｅｌｅｃｔ　［２８］杨芳，李兆华，肖本益．微生物燃料电池内阻及其影　ｆｏｒ　ｍｉｅｒｏｂｉａｌ　ｅｏｎｓｏ￣ｉａ　ｔｈａｔ　ｓｅｌｆ—ｍｅｄｉａｔｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　响因素分析［Ｊ］．微生物学通报，２０１１，３８（７）：１０９８一　［Ｊ］．Ａｐｐ￣ｅｄ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｌａ　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，２００４，７０　ｌ１０５．　（９）：５３７３—５３８２．　［２９］Ｄｅｌ　Ｃａｍｐｏ　Ａ　Ｇ，Ｌｏｂａｔｏ　Ｊ，Ｃａｉｆｉｚａｒｅｓ　Ｐ，ｅｔ　ａ１．Ｓｈｏｒｔ—ｔｅｒｍ　［２２］Ａｅｈｅｒｍａｎ　Ｐ，Ｒａｂａｅｙ　Ｋ，Ｐｈａｍ　Ｈ　Ｔ，ｅｔ　ａ１．Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ＣＯＤ　ｉｎ　ａ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ［Ｊ］．　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ａｔ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｃｕｒｒａｎｔｓ　ｕｓｉｎｇ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ，２０１３，１０１：２１３—２１７．　ｓｔａｃｋｅｄ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｆｕｅｌ　ｃｅＵｓ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　［３０］蒋胜韬，管玉江，白书立，等．微生物燃料电池降解啤酒　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，４０（１０）：３３８８—３３９４．　废水及同步产电特性［Ｊ］．中国给水排水，２０１２，２８　［２３］Ｋｉｍ　Ｊ　Ｒ，Ｍｉｎ　Ｂ，Ｌｏｇａｎ　Ｂ　Ｅ．Ｅｖａｌｕａｉｔｏｎ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ　ｔｏ　（１３）：２Ｏ一２４．　ａｃｃｌｉｍａｔｅ　ａ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｆｕｅｌ　ｃａｌｌ　ｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　［３１］宫本月，刘新民，郭庆杰．厌氧流化床微生物燃料电池　［Ｊ］．Ａｐｐｈｅｄ　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｂｉｏｔｅｅｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，６８　及其串并联性能［Ｊ］．环境工程学报，２０１４，８（１０）：４５２７　（１）：２３—３Ｏ．　—４５３２．　［２４］Ｌｉｕ　Ｈｏｎｇ，ｏＬｇａｎ　Ｂ　Ｅ．Ｅｌｅｃｔｉｒｃｉｔｙ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ａｎ　ａｉｒ—　ｃａｔｈｏｄｅ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｈａｍｂｅｒ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｃｅ　（本文文献格式：徐娜，刘新民．亲水性棉织物的制备［Ｊ］　ｎａｄ　ａｂｓｅｎｃｅ　ｏｆ　ａ　ｐｒｏｔｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｍｅｍｂｒｎａｅ［Ｊ］．　山东化工，２０１５，４４（９）：１８１—１８５．）　Ｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，３８（１４）：　（上接第１８０页）　表２　两种填料的Ｌａｎｇｍｕｉｒ模型和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ模型常数　从表２中可以看出，火山渣对氮的最大吸附量（Ｘｍ）为　４２．　０．３８７０１，砂子对氮的最大吸附量为０．００４２４５，火山渣的最大　［２］史鹏博，朱洪涛，孙德智．人工湿地不同填料组合去除典　吸附量大于砂子。　型污染物的研究［Ｊ］．环境科学学报，２０１４，３４（３）：７０４—　火山渣的ｎ值为１．６１６８１，砂子的ｎ值为１．０４９８７。火山　７１１．　渣的ｎ值较大。同理可知，火山渣吸附氮的性能高于砂子。　［３］刘志伟，宋俊玲，郭志伟．复合垂直流人工湿地植物与填　通过对比，火山渣做为湿地填料较砂子适宜。　料优化组合研究［Ｊ］．环境工程，２０１４，３２（９）：３２—３５．　４结论　［４］刘国，刘国，胡凤妹，等．不同基质的人工湿地去除　通过对比可知，火山渣对磷和氮的吸附能力强于砂子，　猪场沼液中磷的性能［Ｊ］．环境工程，２０１４，３２（１０）：５５—　火山渣做为湿地填料更为适宜。火山渣表面多孔、通透性　６Ｏ．　好、比表面积大，火山渣中的Ａｌ¨、Ｆｅ¨、ｃａ２　易于与可溶性　［５］钟秋爽，孙晓文，王俊玉，等．多级跌水有机填料型人工　的无机磷发生吸附和沉淀反应火山渣这种独特的性质，有助　湿地处理农村生活污水［Ｊ］．环境工程，２０１４，３２（１２）：１８　于人工湿地其更好地脱氮除磷。　—２２．　参考文献　［１］吴英海，杨旭楠，韩蕊，等．复合人工湿地对氮的深度　（本文文献格式：李丽萍。张志鹏．人工湿地填料选择及其性　处理效果及影响因素［Ｊ］．湿地科学，２０１４，１２（１）：３５—　能研究［Ｊ］．山东化工，２０１５。４【９）：１７９—１８０，１８５．）