人工湿地中沸石对铵吸附能力的生物再生研究

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1、付融冰等：人工湿地中沸石对铵吸附能力的生物再生研究11人工湿地中沸石对铵吸附能力的生物再生研究付融冰，杨海真，顾国维同济大学环境科学与工程学院//污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092摘要：利用铵吸附饱和的天然斜发沸石和沙质土壤作为基质，构建了沸石柱和芦苇、菖蒲沸石人工湿地试验系统，采用曝气供氧、自然复氧、植物根系输氧以及培养系统中基质上的硝化菌群的方法，研究了铵吸附饱和的沸石在沸石柱和湿地中的生物再生过程。结果显示，沸石在湿地中再生过程符合指数模拟，在试验周期内沸石在沸石柱中再生可以用指数和线性模拟。沸石在湿地系统和沸石柱中经过1个月的再生，交换容量分别恢复到

2、了原来的60.3%~62.6%和11.8%，3个月后分别恢复到了原来的94.6%~94.8%和38.4%。试验证明，沸石在湿地中再生比在沸石柱中再生效果好，交换容量恢复率高出约50%~63%。根据试验结果，探讨了铵吸附饱和的沸石在人工湿地中的生物再生机理，证明了饱和沸石在湿地中生物再生的可行性。关键词：潜流型人工湿地；斜发沸石；生物再生中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：1672-2175（2006）01-0006-05付融冰等：人工湿地中沸石对铵吸附能力的生物再生研究11提高人工湿地系统的脱氮能力一直是人工湿地研究的重点。沸石人工湿地是提高湿地脱氮能力的一种强化湿地系

3、统，目前国内外尝试利用该系统控制面源污染的实践还很少。相关研究[1，2]表明，沸石人工湿地具有极强的污水脱氮能力。但是，这些研究都是针对沸石发挥主要作用的前期阶段，对于沸石达到铵交换饱和阶段的湿地脱氮能力缺乏研究。沸石人工湿地除铵面临主要问题是，在系统运行前期，氨氮的去除率很高，当沸石逐渐达到交换饱和时，沸石持续的除铵能力大为下降，如何使饱和的沸石在人工湿地系统中得到再生，恢复湿地对氨氮的高去除能力，是沸石人工湿地污水处理技术的关键问题。由于沸石的化学法再生成本昂贵[3]，也不适于沸石湿地控制面源污染的实际情况，而利用微生物和植物的作用实现沸石的再生，在经济上具有很大的优势，

4、本试验进行了沸石对铵吸附能力的生物再生研究。关于沸石的生物再生，首先由Murphy等人[4]于1978年提出，他们利用硝化细菌使沸石再生，结果表明有硝化细菌时15ｄ的转化效果相当于不加硝化菌种时的28ｄ的效果。Tsuno等[5]将沸石作为铵的吸附材料同时又是硝化细菌附着生长的介质，实现氨氮去除和沸石生物再生同时进行的目的。Green等[6]设计了生物离子交换工艺处理二级出水，将铵的吸附和沸石的生物再生置于一个反应器中，铵首先被沸石吸附，随后又在再生阶段逐渐释放出来被硝化细菌转化掉。后来他们又于1998年和2000年对该工艺进行了进一步研究[7，8]，获得了较稳定的氨氮去除率效

5、果。McVeigh和Weatherley[9]以及Dimova等[10]研究了废水中的阳离子对沸石吸附和生物再生的影响。上述研究表明，吸附了铵的沸石可以依靠微生物硝化作用实现生物再生。目前，关于沸石在人工湿地中的生物再生缺乏研究，本试验构建了人工湿地小试系统，考察了包含污水、植物根系、微生物、土壤颗粒和沸石的相互作用在内的沸石生物再生情况。试验采用向系统中间歇进水、床体充氧、自然复氧以及培养系统基质硝化菌群等方法，研究了铵交换饱和的沸石在人工湿地系统综合作用下的生物再生过程和再生程度，揭示了沸石在人工湿地中生物再生的可行性。1试验材料和方法1.1试验装置用内径30cm，高40

6、cm的圆柱（PVC材料）模拟1号、2号人工湿地系统，筒底部设有出水阀，内装填沸石和沙质土壤混合介质（质量比为1∶15，混匀状态），1号种植芦苇，2号种植菖蒲，植株密度为30株/m2。3号系统是内径为8.0cm的无植物沸石柱，只装沸石，底部设有曝气管。3个系统中装填的是质量相同的铵吸附饱和天然斜发沸石(粒径2mm)。1.2实验方法1.2.1饱和沸石的生物再生过程模拟3个系统中的沸石预先用高浓度NH4CI溶液交换饱和，测得沸石的NH4+-N饱和吸附容量为13.74mg·g-1。分别向3个系统中进经过预处理后生活污水[CODCr为（241.3±53.4）mg·L-1，BOD5付融冰

7、等：人工湿地中沸石对铵吸附能力的生物再生研究11为（148±32）mg·L-1，NH4+-N为（27.6±9.7）mg·L-1]，使3个系统中的基质处于浸没状态。1、2号系统采用淹水－落干式运行，淹水时间为2d，落干时间为6h。床体落干时利用水面下降抽动空气进入基质内部进行复氧，为硝化细菌提供氧气，排出的污水作为交换溶液循环利用，进入下一个周期，使再生时产生的高浓度的NH4+和NO3-仍在系统中转化掉。交换溶液加入NaHCO3维持稳定的pH。运行时，每3个周期分别向3个系统的进水中加入200mL硝化污泥