人工濕地作為一種低投資、低能耗、抗沖擊能力強(qiáng)、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單的環(huán)境友好型污水處理技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)改善與生態(tài)功能恢復(fù)中.填料是人工濕地的重要組成部分，對(duì)水體中氮、磷的去除起到了主要的作用.在人工濕地中，填料能夠通過(guò)吸附、沉淀、過(guò)濾等物理化學(xué)作用去除水體污染物，還可以通過(guò)為微生物附著和植物生長(zhǎng)提供適宜條件來(lái)達(dá)到生物除氮、磷的目的.填料的理化性質(zhì)對(duì)水體污染物的去除具有一定影響.國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)人工濕地填料進(jìn)行了大量研究.最常見(jiàn)的人工濕地填料包括沸石、頁(yè)巖、粉煤灰、礫石、火山巖、陶粒、磚塊、鋼渣等.沸石是一種架狀構(gòu)造的含水硅鋁酸鹽礦物，晶體內(nèi)部存在大量有序排列、大小均勻、彼此貫通并與外界相連的孔穴和孔道，這種獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了其具有良好的吸附性能.趙占軍等(2011)比較了沸石、圓陶粒、粗砂、頁(yè)巖、礫石對(duì)NH+4-N的吸附效果，結(jié)果表明，沸石對(duì)NH+4-N的吸附容量最大.空心磚由粉煤灰、頁(yè)巖等材料燒結(jié)而成，具有比表面積大、不易流失、不易板結(jié)等優(yōu)點(diǎn).章芳等(2006)比較了粉煤灰、空心磚、煤渣、活性炭4種填料對(duì)氮、磷的吸附性能，結(jié)果表明，空心磚對(duì)NH+4-N及磷的吸附容量明顯高于其它幾種填料.火山巖具有良好的表面活性和孔隙結(jié)構(gòu)，除自身具有一定吸附能力外，還能為菌膠團(tuán)提供較好的生長(zhǎng)環(huán)境.鋼渣是煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物，它含有豐富的游離氧化鈣、膠體氧化鐵和氧化鋁等物質(zhì)，對(duì)污水中磷的吸附速率較快、吸附容量較高.

　　從已有文獻(xiàn)看，關(guān)于單種填料對(duì)氮、磷等污染物去除的研究已較多，但針對(duì)混合填料不同配比組合對(duì)污染物去除的研究較少.混合填料不同的性質(zhì)不僅為人工濕地基質(zhì)系統(tǒng)中微生物提供了更加多樣的生長(zhǎng)環(huán)境，且不同填料對(duì)不同污染物去除的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可以提高污染物總體的去除效果，因此，進(jìn)行混合填料不同配比組合對(duì)污染物去除效果的研究具有重要意義.

　　本研究選取沸石、火山巖、空心磚、鋼渣4種填料，通過(guò)等溫吸附試驗(yàn)考察不同填料組合方式對(duì)氮、磷等污染物的去除效果.然后，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選取對(duì)氮、磷具有穩(wěn)定去除效果的填料組合方式進(jìn)行模擬人工濕地基質(zhì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，考察不同填料組合方式在連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)污水中COD、NH+4-N、NO-3-N、TP的處理效果.同時(shí)，對(duì)填料柱中不同填料段對(duì)污染物的去除效果進(jìn)行考察，為人工濕地填料的選擇及優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù).

　　2 材料與方法

　　2.1 試驗(yàn)材料

　　沸石、火山巖購(gòu)于北京某濾料廠，沸石粒徑2~5 mm，火山巖粒徑2~10 mm.空心磚來(lái)自北京某工地，鋼渣來(lái)自南昌某鋼廠，研磨過(guò)篩后粒徑為2~5 mm.各填料均用清水清洗，并烘干備用.填料干容重與孔隙率采用標(biāo)準(zhǔn)土壤學(xué)方法測(cè)定.填料的化學(xué)組成采用X射線能譜儀測(cè)定(EX-250，HORIBA公司，日本).4種填料的理化性質(zhì)如表 1所示.

　　表1 供試基質(zhì)的理化性質(zhì)

　　2.2 試驗(yàn)方法

　　2.2.1 單種填料對(duì)氮、磷的等溫吸附試驗(yàn)

　　準(zhǔn)確稱(chēng)取沸石、空心磚、火山巖(沸石、空心磚、火山巖、鋼渣)1 g于100 mL的錐形瓶中，分別準(zhǔn)確加入NH+4-N(磷)濃度為0、5、10、20、30、40、50 mg · L-1的NH4Cl(KH2PO4)溶液50 mL，加入2滴氯仿以防止微生物活動(dòng).將樣品置于水浴恒溫振蕩器中，在150 r · min-1、25 ℃的條件下，振蕩時(shí)間24 h，取出樣品測(cè)定NH+4-N(磷)濃度，計(jì)算吸附量.實(shí)驗(yàn)在相同條件下設(shè)置3平行.

　　2.2.2 填料組合對(duì)氮、磷的吸附試驗(yàn)

　　分別準(zhǔn)確稱(chēng)取不同比例(見(jiàn)表 2)的混合填料10 g于250 mL的錐形瓶中，加入NH+4-N質(zhì)量濃度(以N計(jì))為25 mg · L-1的NH4Cl溶液(磷素質(zhì)量濃度(以P計(jì))為10 mg · L-1的KH2PO4溶液)200 mL，再加入3滴氯仿以防止微生物活動(dòng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響.然后將錐形瓶置于恒溫?fù)u床中振蕩，條件控制為轉(zhuǎn)速150 r · min-1、溫度25 ℃.在48 h時(shí)分別取上清液，濾膜過(guò)濾后測(cè)定NH+4-N(磷)濃度，計(jì)算吸附量，試驗(yàn)設(shè)置2平行3重復(fù).

　　表2 基質(zhì)組合情況

　　2.2.3 填料柱動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

　　試驗(yàn)裝置模擬上行流垂直潛流人工濕地，裝置直徑15 cm，高100 cm，填料層高度80 cm，底部填充10 cm厚的礫石為布水區(qū)(圖 1).填料柱采用蠕動(dòng)泵進(jìn)水，進(jìn)水以松花江富錦段微污染江水水質(zhì)為依據(jù)配水，水質(zhì)為COD 80~100 mg · L-1，NH+4-N 10~13 mg · L-1，NO-3-N 13~15 mg · L-1，TP 1.5~2.5 mg · L-1.水力負(fù)荷為2.65 mL · min-1，運(yùn)行時(shí)間為20周.系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，對(duì)填料層的不同深度進(jìn)行分析，考察不同填料段污染物在濕地中去除的規(guī)律，在填料20、40、60、80 cm處分別設(shè)置取樣口，編號(hào)分別為A(0~20 cm)、B(20~40 cm)、C(40~60 cm)、D(60~80 cm).

　　圖 1 試驗(yàn)裝置示意圖

　　2.3 分析方法

　　COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定，NH+4-N采用納氏試劑分光光度法測(cè)定，NO-3-N采用酚二磺酸分光光度法測(cè)定，TP的測(cè)定采用過(guò)硫酸鉀消解分光光度法.水樣DO、pH采用WTW公司(德國(guó))生產(chǎn)的溶氧儀和pH計(jì)測(cè)定.

　　3 結(jié)果與討論

　　3.1 單種填料對(duì)氮、磷的等溫吸附特性

　　單種填料對(duì)溶液中氮、磷的等溫吸附結(jié)果見(jiàn)表 3.由于鋼渣在前期實(shí)驗(yàn)中對(duì)NH+4-N基本無(wú)吸附，故未在表中列出.如表 3所示，填料的類(lèi)型影響填料的吸附效果.隨著溶液濃度增加，填料的吸附量也迅速增大，但當(dāng)濃度增大到一定程度后，吸附作用逐漸減弱，吸附作用趨于平衡.

　　表3 供試基質(zhì)平衡吸附濃度

　　通過(guò)Langmuir模型擬合了各基質(zhì)的吸附過(guò)程，擬合的相關(guān)參數(shù)如表 4所示.Langmuir模型均能很好地描述各填料的吸附特征.各填料對(duì)NH+4-N的飽和吸附量大小為沸石(2388.92 mg · kg-1)>空心磚(618.39 mg · kg-1)>火山巖(310.84 mg · kg-1)，沸石的吸附量較大，且遠(yuǎn)大于空心磚與火山巖.對(duì)磷的飽和吸附量大小為空心磚(3051.57 mg · kg-1)>鋼渣(2863.69 mg · kg-1)>火山巖(1102.78 mg · kg-1)>沸石(717.15 mg · kg-1)，空心磚與鋼渣對(duì)磷的吸附量較大.比較表 1中各填料的化學(xué)性質(zhì)也可得出該結(jié)論，空心磚中含有豐富的鈣、鎂元素，鋼渣中含有大量的鈣元素，而游離的鈣、鎂離子能與溶液中的磷酸根形成沉淀，從而使磷得到有效的去除.

　　表4 Langmuir等溫吸附模型及其相關(guān)參數(shù)

　　Langmuir等溫吸附模型中的K值為吸附結(jié)合能，K值越大，表示填料與溶質(zhì)的結(jié)合越穩(wěn)定.從表 4可以看出，各填料與NH+4-N之間的結(jié)合能大小順序?yàn)榉惺?gt;空心磚>火山巖;各填料與磷之間的結(jié)合能大小順序?yàn)殇撛?gt;空心磚>沸石>火山巖.Kqmax為最大緩沖容量，反映固液體系吸附溶質(zhì)時(shí)的緩沖能力(趙桂瑜，2007).將各填料進(jìn)行比較，對(duì)NH+4-N緩沖容量最大的填料為沸石，對(duì)磷緩沖容量最大的為鋼渣，空心磚次之.這說(shuō)明即使溶液污染物濃度變化較大時(shí)，這些填料對(duì)相應(yīng)污染物仍能維持較好的去除效果.因此，沸石是較好凈化NH+4-N，鋼渣、空心磚是較好的凈化磷的人工濕地填料.

　　3.2 填料組合方式對(duì)氮、磷的去除效果

　　根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮各填料吸附能力及其性質(zhì)的差異，進(jìn)行不同填料組合方式的優(yōu)化配比.不同填料組合方式對(duì)氮、磷48 h的吸附量如表 5所示.由表可知，不同填料組合方式對(duì)NH+4-N的吸附效果不同.對(duì)NH+4-N吸附效果最好的為沸石與空心磚的ZH組合，沸石、空心磚與火山巖的ZVH組合次之，7種填料組合方式的吸附量均在370 mg · kg-1以上，最高吸附量達(dá)到了454.4 mg · kg-1.7種填料組合方式對(duì)NH+4-N去除效果的排序?yàn)閆H21 > ZH11> ZVH121> ZVH112 > ZVH122> ZH12> ZH13.通過(guò)對(duì)各填料組分干容重及在填料組合中所占比例的計(jì)算可知，在不同填料組合方式中，沸石含量較高的填料組合方式對(duì)NH+4-N的吸附量較高.填料中含有鋼渣的ZS與ZVS的組合方式對(duì)NH+4-N的吸附效果較差，吸附量遠(yuǎn)低于無(wú)鋼渣組合，均在170 mg · kg-1以下.由此可知，鋼渣的存在對(duì)沸石吸附NH+4-N產(chǎn)生了一定的抑制作用，這可能是由于鋼渣的特性導(dǎo)致的.

　　表5 填料組合48h對(duì)污染物吸附量

　　對(duì)磷去除效果最好的為ZS與ZVS的填料組合方式，48 h內(nèi)可對(duì)溶液中的磷實(shí)現(xiàn)完全吸附，吸附量均達(dá)到了200 mg · kg-1.這說(shuō)明含有鋼渣的填料組合方式對(duì)磷普遍具有較好的去除效果，鋼渣對(duì)磷具有較強(qiáng)的去除能力.ZH與ZVH的填料組合方式對(duì)磷均有一定的去除，效果較好，但因填料比例的不同對(duì)磷的去除效果也存在一定差異.從磷的理論飽和吸附量看，空心磚要大于鋼渣的吸附量，但在填料組合的實(shí)驗(yàn)中，鋼渣對(duì)磷的去除效果要好于空心磚的去除效果，這說(shuō)明鋼渣與空心磚對(duì)磷的去除過(guò)程存在一定的差異.

　　3.3 填料組合方式在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中對(duì)污染物的去除效果及過(guò)程

　　填料的靜態(tài)吸附試驗(yàn)并不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)濕地填料的除污能力，必須運(yùn)用靜態(tài)試驗(yàn)與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)相結(jié)合的方法來(lái)評(píng)價(jià)濕地的除污能力.總結(jié)分析不同填料組合方式對(duì)氮、磷的去除效果，選取對(duì)氮、磷同時(shí)具有較好去除效果的填料組合方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究，選取的填料組合方式為ZH11、ZH12、ZVH121、ZVH112.另外，為了考察含鋼渣的組合方式在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中對(duì)污染物的去除效果，選取ZS12的組合方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn).

　　表 6為運(yùn)行期間各反應(yīng)器進(jìn)出水污染物平均濃度及去除效率.不同反應(yīng)器對(duì)于各污染物的去除效果存在差異.如表 6所示，不同填料組合方式對(duì)COD去除率由大到小順序?yàn)椋篫VH121>ZH11>ZVH112>ZH12> ZS12.對(duì)COD去除效果最好的填料組合ZVH121，但各反應(yīng)器中COD去除率相差不大，均維持在60%左右.不同填料組合方式對(duì)NH+4-N去除率由大到小順序?yàn)椋篫H11>ZVH121>ZVH112>ZH12>ZS12.沸石含量高的填料組合方式對(duì)NH+4-N的去除效果要優(yōu)于沸石含量低的填料組合方式，ZH11對(duì)NH+4-N去除效果最好，ZVH121、ZVH112、ZH12等組合次之.但ZS12的組合方式對(duì)NH+4-N的去除效果并沒(méi)有明顯改善，其去除效果與其他組合仍有較大差距，這也與靜態(tài)試驗(yàn)中的結(jié)果相一致，更進(jìn)一步驗(yàn)證了鋼渣對(duì)NH+4-N的去除存在抑制作用.不同填料組合方式對(duì)NO-3-N去除率由大到小順序?yàn)椋篫H12>ZVH121>ZH11> ZVH112> ZS12.其中，ZH12、ZVH121的填料組合方式去除效果最好.不同填料組合方式對(duì)磷去除率由大到小順序?yàn)椋篫H12=ZH11> ZS12>ZVH112>ZVH121.除ZVH121的組合方式外，其它填料組合方式對(duì)磷均具有顯著的去除效果.

　　表6 各反應(yīng)器中污染物去除效果

　　總結(jié)分析各填料組合方式對(duì)污染物的去除效果，效果最好的填料組合方式為ZH11，其對(duì)COD、NH+4-N、NO-3-N、TP的去除率分別達(dá)到62.40%、95.54%、59.82%和97.50%.

　　不同填料組合方式對(duì)污染物去除效果的差異，除填料吸附能力的強(qiáng)弱外，反應(yīng)器中微生物也起到了決定性的作用.考慮到微生物對(duì)污染物去除的影響，從填料反應(yīng)器的A、B、C、D 4個(gè)取樣口取樣，研究污染物在反應(yīng)器豎直空間的分布及DO、pH對(duì)污染物去除的影響.

　　3.3.1 DO與pH

　　運(yùn)行穩(wěn)定后，反應(yīng)器中不同填料段DO與pH的變化如圖 2所示.DO在各反應(yīng)器分布趨勢(shì)基本相似，在各段的數(shù)值上存在差異.DO在不同填料段的濃度具有明顯的空間特征，導(dǎo)致反應(yīng)器在不同段形成了厭氧、缺氧、好氧交替的環(huán)境，這對(duì)微生物的生物降解、硝化、反硝化作用具有較大的影響.在各反應(yīng)器底部20 cm處DO濃度均在0.5 mg · L-1以下，ZH11、ZH12、ZVH112、ZVH121的填料組合方式中，底部DO濃度達(dá)到了0.2mg · L-1以下.這說(shuō)明當(dāng)污水進(jìn)入反應(yīng)器后，DO被迅速消耗，在各反應(yīng)器0~40 cm間形成了一個(gè)厭氧環(huán)境.同時(shí)隨著反應(yīng)器高度的增加，反應(yīng)器中DO濃度有所升高，在反應(yīng)器頂端接觸空氣處達(dá)到最大值，各反應(yīng)器頂部80 cm處的DO濃度維持在2.24~2.65 mg · L-1之間，這是由于大氣復(fù)氧導(dǎo)致DO濃度的升高.同時(shí)，由于該處污水可生化性已經(jīng)較差，污染物不再耗氧分解.

　　圖 2 DO和pH隨反應(yīng)器高度的變化

　　pH作為一個(gè)重要的參數(shù)，不僅對(duì)填料吸附污染物量的大小產(chǎn)生一定影響，同時(shí)也會(huì)影響微生物的活性.一般而言，硝化、反硝化反應(yīng)的pH范圍為5.5~10.0，適宜pH為6.5~9.0，在這個(gè)范圍之外，反應(yīng)速率降低(鄭平等，2004).試驗(yàn)進(jìn)水pH維持在7.6左右，從圖中可知，各反應(yīng)器底部20 cm處的pH保持在7.5~9.5之間.同時(shí)，隨反應(yīng)器高度的增加，反應(yīng)器中pH逐漸升高，其中，ZH11、ZVH121、ZVH112的組合方式pH增加較緩，頂部80 cm處pH均在9.0以下;ZH12、ZS12的組合方式pH升高較多，ZH12組合pH在頂部80 cm處達(dá)到10.89，而ZS12組合的pH在反應(yīng)器40 cm處已達(dá)到11以上，與反應(yīng)器底部pH差異較大.這是由于該組合方式中存在較多的鋼渣與空心磚，CaO是鋼渣和空心磚的主要成分之一，CaO的溶出導(dǎo)致溶液中Ca2+和OH-的增多(Cristian et al., 2012)，導(dǎo)致反應(yīng)器中pH的上升.但從pH值上升的曲線來(lái)看，鋼渣與空心磚在CaO釋放過(guò)程上是存在差異的.鋼渣中CaO大量快速的釋放，導(dǎo)致溶液中pH與Ca2+濃度的迅速升高.而空心磚由于自身的性質(zhì)，向外釋放CaO的過(guò)程較為緩慢，在反應(yīng)器60 cm處的溶液中才達(dá)到較高的pH.CaO釋放出的Ca2+對(duì)磷的去除具有重要的影響.Ca2+與磷酸根可以生成幾種不溶的固相，其中，羥基鈣磷灰石是最穩(wěn)定的固態(tài)磷酸鹽，磷酸鹽在堿性條件下與Ca2+反應(yīng)生成羥基鈣磷灰石，且pH越高反應(yīng)越完全(葉劍鋒等，2006;Bowden et al., 2009).這也能夠解釋組合實(shí)驗(yàn)中含鋼渣的填料組合對(duì)磷的去除效果好于含空心磚填料組合的原因.

　　3.3.2 COD

　　圖 3為運(yùn)行穩(wěn)定后，不同反應(yīng)器中COD沿豎直方向上的變化情況，在0~20 cm間，COD迅速下降，在20~80 cm間，COD則無(wú)顯著降低.COD沿反應(yīng)器豎直方向的變化與DO的變化相比較，說(shuō)明污水在進(jìn)入反應(yīng)器后，DO被好氧微生物迅速利用用于COD的降解.而在大部分有機(jī)物被降解后，COD較低，同時(shí)因?yàn)樯锪?、pH等的影響，在反應(yīng)器頂部COD很難被進(jìn)一步降解.有研究人員在反應(yīng)器頂部加入曝氣裝置，其COD去除率要高于無(wú)曝氣反應(yīng)器(Ong et al., 2010).由于本研究進(jìn)水中COD偏低，且出水濃度也較低，為節(jié)約能耗，無(wú)需加入曝氣裝置.但遇到人工濕地處理高COD污水時(shí)，可在人工濕地中加入曝氣裝置，利于有機(jī)物更好地去除.

　　圖 3 COD隨反應(yīng)器高度的變化

　　3.3.3 NH+4-N

　　反應(yīng)器中NH+4-N的去除有兩種途徑：第一，通過(guò)反應(yīng)器中填料的吸附去除;第二，通過(guò)微生物的同化、硝化等作用被微生物自身利用或轉(zhuǎn)化為NO-3-N和NO-2-N(Ahn，2006).人工濕地運(yùn)行前期NH+4-N主要通過(guò)填料吸附，但通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，微生物起到了主要去除NH+4-N的作用.圖 4展示了NH+4-N在反應(yīng)器豎直方向上的變化，除含鋼渣的填料組合外，其它組合變化規(guī)律相似，在0~40 cm去除NH+4-N較多，說(shuō)明各反應(yīng)器在此段的生物量較為豐富，除基質(zhì)吸附的部分外，一部分的NH+4-N通過(guò)微生物作用得到去除.而含鋼渣的ZS12組合由于pH在40 cm迅速的升高，不僅對(duì)微生物產(chǎn)生巨大影響，并且導(dǎo)致溶液中平衡NH+4+OH-NH3·H2O向右移動(dòng)，填料對(duì)NH+4-N的吸附效果降低，影響NH+4-N的總體去除效果.武俊梅等(2010)對(duì)多種填料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)沸石對(duì)NH+4-N的去除效果顯著高于其它填料，而鋼渣會(huì)使溶液pH上升，對(duì)NH+4-N去除效果較差.含有空心磚的組合由于pH沿反應(yīng)器豎直方向上升的較為緩慢，大部分的NH+4-N在反應(yīng)器底部已經(jīng)得到有效的去除，pH在反應(yīng)器頂部的升高并不會(huì)影響NH+4-N的出水濃度.

　　圖 4 NH+4-N隨反應(yīng)器高度的變化

　　3.3.4 NO-3-N

　　NO-3-N的去除主要通過(guò)微生物的反硝化作用將NO-3-N經(jīng)多步反應(yīng)(NO-3→NO-2→NO→N2O→N2)最終轉(zhuǎn)化為N2(Ahn，2006).影響反硝化作用的因素很多，不同填料組合方式對(duì)NO-3-N反硝化作用的影響較大.各反應(yīng)器對(duì)硝態(tài)氮去除的差異，是由于在不同填料組合方式的反應(yīng)器中，各部分DO、pH，以及不同填料為微生物提供的附著環(huán)境不同所導(dǎo)致的.從圖 2與表 6可知，ZS12反應(yīng)器中相對(duì)于其它組合反應(yīng)器中較高的DO及pH，已影響反硝化菌的活性，反硝化速率較低，硝態(tài)氮去除效果較差.反硝化不僅需要缺氧環(huán)境，同時(shí)需要有機(jī)物作為電子供體為其提供電子，因此，較低的C/N也會(huì)影響反硝化反應(yīng)的進(jìn)行(肖靜等，2012)，本研究進(jìn)水中較低的COD也是影響NO-3-N去除效果的因素之一.黃逸群等(2009)將粉煤灰、煤渣、空心磚3種填料級(jí)配后進(jìn)行淋洗實(shí)驗(yàn)，其對(duì)NO-3-N的去除效果也較差，這與淋洗液中較低的C/N和運(yùn)行時(shí)間有關(guān).因此，在處理NO-3-N含量較多的廢水時(shí)，可適當(dāng)加入碳源，提高C/N，并長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，促進(jìn)反硝化菌大量快速的生長(zhǎng).

　　圖 5為NO-3-N在反應(yīng)器豎直方向上分布情況，NO-3-N在反應(yīng)器0~40 cm處得到大部分的去除，40~80 cm處去除量較少.這是因?yàn)?~40 cm間較低的DO為微生物反硝化提供了一個(gè)良好的厭氧環(huán)境，同時(shí)COD在此段的大量降解為微生物反硝化提供了電子，致使反硝化菌在此段活性較高，反硝化作用較強(qiáng).

　　圖 5 NO-3-N隨反應(yīng)器高度的變化

　　3.3.5 TP

　　在人工濕地中，磷素的去除主要是通過(guò)填料吸附和化學(xué)沉淀實(shí)現(xiàn)的(Drizo et al., 1997)，微生物與植物的除磷量較小(Seo et al., 2005).研究表明(Bowden et al., 2009)，填料中的Ca2+可以與溶液中無(wú)機(jī)磷形成沉淀，使磷得到有效去除.在該研究中空心磚與鋼渣的鈣含量較高，是對(duì)磷去除效果較優(yōu)的兩種填料，其在填料組合中比例的多少對(duì)磷的去除具有重要影響.

　　圖 6展示了反應(yīng)器運(yùn)行前70 d，各反應(yīng)器中TP去除率的情況.ZH12、ZH11、ZS12填料組合對(duì)磷一直保持著較高的去除率，而ZVH121、ZVH112填料組合在運(yùn)行期間磷去除率的降低，是因?yàn)樵谠摻M合中空心磚含量較少，在反應(yīng)器運(yùn)行一段時(shí)間后，反應(yīng)器中的空心磚對(duì)磷吸附達(dá)到飽和.含鋼渣的ZS12組合對(duì)磷的去除效果穩(wěn)定且較高，但相比較于其他污染物的去除，鋼渣并不適于在人工濕地處理含磷較低廢水的工程中應(yīng)用.而空心磚不僅能有效地去除磷，且對(duì)氮的去除無(wú)明顯負(fù)作用，適合添加到填料組合中，在不影響其它污染物去除效果的同時(shí)，用于提高人工濕地中磷的去除效果.

　　圖 6 TP在不同反應(yīng)器中的去除效率

　　4 結(jié)論

　　1)Langmuir模型均能很好地描述各填料的吸附特征.各填料對(duì)NH+4-N的飽和吸附量大小為沸石(2388.92 mg · kg-1)>空心磚(618.39 mg · kg-1)>火山巖(310.84 mg · kg-1);對(duì)磷的飽和吸附量大小為空心磚(3051.57 mg · kg-1)>鋼渣(2863.69 mg · kg-1)>火山巖(1102.78 mg · kg-1)>沸石(717.15 mg · kg-1).沸石是較好的凈化污水中NH+4-N的人工濕地填料;而鋼渣、空心磚則是較好的凈化污水中磷的人工濕地填料.

　　2)沸石含量高的填料組合對(duì)NH+4-N的去除效果高于其他填料組合，空心磚、鋼渣含量高的填料組合對(duì)磷的去除效果高于其他填料組合.但沸石與鋼渣的組合中，鋼渣對(duì)沸石吸附NH+4-N產(chǎn)生了抑制作用，NH+4-N去除率顯著下降.

　　3)在人工濕地填料的選配中，根據(jù)處理水質(zhì)的主要特征污染物，可恰當(dāng)選擇不同的填料組合方式.ZH11的填料組合對(duì)各污染物的總體去除效果最優(yōu).

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