生物陶粒基质对城市污水处理厂脱氮净化效果

2.2.2 净化试验装置

采用10根内径8 cm的PVC试验柱构建模拟垂直流人工湿地，每根基质柱高度均为40 cm，其中基质填充高度为35  cm;原混合水由管顶进入基质柱，由管底排出.净化试验系统采用间歇进出水方式.

2.2.3 运行管理方式

基质净化试验装置的运行方式为间歇运行，每个试验周期的水力负荷为250 L˙m-2˙d-1，每次实验的水力停留时间(HRT)为12  h.基质试验装置运行时间从2014年2月—2014年8月止，共历时7个月.

2.2.4 分析指标及方法

分析方法均为国家标准方法，CODCr采用重铬酸钾法;NH+4-N采用钠氏试剂光度法;TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法;NO-3-N采用酚二磺酸分光光度法.

2.2.5 统计分析方法

采用SPSS 20.0(SPSS Inc.，Chicago，USA)进行统计学分析，包括单因素方差分析(ANOVA)、Levene  齐次性检验和多重比较，其中多重比较采用LSD检验法，当p<0.05时，差异显著; p<0.01时，差异极显著.

3 结果与讨论

3.1 改性前后以及净化实验前后基质表观特性的变化

图  1为以ZnFe-LDHs和ZnCo-LDHs为例的周期净化试验前后，原始及改性生物陶粒基质的SEM图谱.原始生物陶粒基质表面粗糙且多孔;对比净化实验前的原始生物陶粒基质(5)及两种改性生物陶粒基质(1、3)SEM图谱可发现，经过不同方式进行改性处理后，基质表面均附着有一定数量的改性颗粒物质，且改性方式不同所生成的LDHs形态也不同.

而对比净化实验前后同种基质的SEM图谱(2、4、6)，可以看到净化试验前后原始基质及两种改性基质表面呈现出不同的状态：原始基质及ZnCo-LDHs改性基质表面明显有细小杂物出现，基质原有部分孔道为其他物质所覆盖，而ZnFe-LDHs改性基质变化不明显，这说明经过周期净化试验后，相较于ZnFe-LDHs改性基质，ZnCo-LDHs改性基质的物理拦截效果更优.

图 1 原始及改性生物陶粒基质SEM图谱(净化试验前后)

3.2 改性前后基质化学组成成分的变化

利用Axios advanced  X射线荧光光谱仪对原始及各种改性生物陶粒基质进行化学成分分析可以发现，以SiO2为主要组成成分的生物陶粒基质，除1号基质外，改性后的烧失量均比改性前高;改性所用的金属化合物相对应的金属元素，改性后的含量均高于原始基质，如2、5、9号改性基质中Zn2+含量明显高于其它基质;3、6、8号基质中Mg2+含量高于原始基质;  4、5、6号改性基质中检测出Co3+，说明改性对基质的化学组成成分产生的影响.

结合改性前后生物陶粒基质化学组成成分及含量的变化，以及基质SEM图谱的差异可以发现，改性后基质的化学成分和表观特性均发生了不同程度的改变，这种变化与改性时加入的金属化合物生成的LDHs覆膜类型有关;可据此判断，LDHs的覆膜对原始基质的物化特性产生了影响.

3.3 改性基质对CODCr的净化效果

由图  2可知，总体上原始生物陶粒基质及9种改性基质对CODCr均有较好的处理效果.原始生物陶粒基质对CODCr的平均去除率达到72%，而大多数改性基质对CODCr的平均去除率都有提高，其中5号(ZnCo-LDHs)对CODCr的平均去除率达到82%，且处理效果稳定;2号(ZnFe-LDHs)平均去除率也达到79%.进行9种改性基质与原始基质对CODCr去除的显著性分析可发现，5号(ZnCo-LDHs)改性基质对CODCr的去除率影响差异显著(p<0.05).

图 2 改性前后生物陶粒对CODCr的去除率