基质对于人工湿地净化磷素潜能的探讨

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1、晏再生等：基质对于人工湿地净化磷素潜能的探讨665基质对于人工湿地净化磷素潜能的探讨晏再生，王世和*东南大学土木工程学院市政工程系，江苏南京210096摘要：综述了不同基质对于人工湿地净化磷素的潜能的研究结果。总结了不同基质对磷素的理论最大吸附量以及基质在人工湿地运行中对磷素净化能力，探讨了影响基质对磷素吸附性能的几个主要因素，并对今后在人工湿地基质类型的选择方面提出了展望。关键词：基质；吸附；磷素；人工湿地中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：1672-2175（2007）02-0661-06晏再生等：基质对于人工湿地净化磷素潜能的探讨665湖泊、河流等水体富营养化通常

2、与磷污染负荷的过量排放有关[1]。近二十多年来，在全球范围内[2]，尤其是欧美国家[3]，人工湿地生态系统被广泛应用于处理生活污水[4]、工业废水[5]、暴雨径流[6]、垃圾渗滤液[7]、养殖废水[8]、农业面源污染[9-11]等。它作为一种低投资、低处理成本和具有去除污水中生化需氧量（BOD）、悬浮颗粒物（SS）、氮（N）和磷（P）功能的生态系统已逐渐被人们所接受[12]。以往在人工湿地基质的选择上，更多的是考虑材料在当地的可得性以及颗粒的大小，而忽视了其对磷素去除能力的考虑[13]。Drizo[12]研究表明，人工湿地中磷素的去除或固定机制有：基质吸附、化学沉淀、微生物活

3、动、植物和藻的吸收以及合成有机物质。其中，基质吸附和沉淀可能发挥着最重要的作用[14]，同时也是最具有发展潜力[15]。然而，基质对废水中磷的吸附和沉淀去除作用不是无限制的过程，到一定程度会达到饱和[16]。选择高吸附性能的基质显得尤为重要，而基质吸附性能主要决定于它特定的物理化学属性。不同的基质因其物理化学性质的不同，对磷去除存在较大差异[17-18]。因此，对于人工湿地而言，选择一种合适的基质类型对提高磷的去除显得非常重要。近几年来，国内外学者针对这个问题进行了大量的研究。可供选择的基质类型也变得越来越多。文献报道的基质类型主要有矿物质、岩石、土壤、海洋沉积物、钢铁和采矿

4、业的工业副产品以及人造产品[1,10,12-13,15-16,18-29]。以下针对不同类型基质净化磷素的能力和效果作一综合评述和讨论，为今后选择合适的人工湿地基质提供理论依据。1不同基质对磷素的吸附性能1.1基质分类根据文献报道的基质类型，可将其分为三类[14,30]：天然材料、工业副产品、人造产品（表1）。天然材料主要有白云石、石灰石、硅酸钙岩矿、沸石、页岩、铝土矿、沙子和砾石、灰土、土壤、蛋白土、贝壳砂；工业副产品主要有高炉矿渣、电弧炉钢渣、炉渣、矿渣、粉煤灰；人造产品主要是指轻质膨胀性集料粘土（LECA），有的也称作轻质聚合体（LWA）。1.2试验方法分类和吸附性能评

5、价室内试验方法为等温吸附试验，分为振荡批处理试验和柱型试验（表1）；室外试验为人工湿地处理实际废水（表2）。不同基质对磷素的吸附性能常采用理论最大吸附量来评价，基质对磷素理论最大吸附量的计算方法一般采用朗格缪尔或弗罗因德利希吸附等温线计算。2影响因素探讨从表1可以看出，如果仅从试验得出的理论最大吸附量的角度考虑，高炉矿渣（包括炉渣和矿渣）的优越性很明显。但是同一种基质—高炉矿渣，在不同的文献中其理论最大吸附量却相差很大。文献报道的有P44247mg·kg-1[10]、420mg·kg-1[39]、50490mg·kg-1[25]、8890mg·kg-1[1]。Rosolen[

6、39]研究指出理论最大吸附量与等温吸附试验条件、试验方法有关。从表1可以看出，不同的基质等温吸附试验条件和方法各异，即使是同一种基质，不同学者在试验时的条件和方法也不一样。主要表现在以下几个方面：含磷溶液的初始质量浓度、溶液与基质比例、振荡速率、含磷溶液的类型、基质的属性、反应容器的类型、反应时间、反应温度、理论最大吸附量计算方法。晏再生等：基质对于人工湿地净化磷素潜能的探讨665表1不同基质对磷素的吸附性能Table1P-sorptioncapacityofdifferentsubstrates基质名称实验条件实验结果文献白云石和沙取混合物(10g)分别置于不同质量浓度的磷

7、溶液(P0~100mg·L-1)理论最大吸附容量P124mg·kg-1[15]白云石基质(1g)分别置于不同质量浓度的磷溶液(P0~100mg·L-1)理论最大吸附量P58mg·kg-1[19]石灰石基质(20g)分别置于不同质量浓度的磷溶液(P2.5~40mg·L-1)理论最大吸附量P680mg·kg-1[12]硅酸钙岩矿采用人工配制含磷溶液(P5mg·L-1和10mg·L-1)12h磷的去除率90%,72h之后去除率为98%~100%[13]采用柱体(Æ=0.15m,h=1.5m)处理二次废水(P0