生物陶粒基质对城市污水处理厂脱氮净化效果

北极星环保网讯: 1 引言：人工湿地是近几十年发展起来的一种污水生态处理技术，可广泛应用于生活污水、农业废水和工业废水的处理以及水体富营养化的治理.基质是人工湿地的重要组成部分，除了作为湿地的填料骨架和为微生物提供附着表面外，基质自身具有吸附、离子交换等功能，也在人工湿地污染物，尤其是有机污染物和氮素污染物的净化中发挥着重要作用;基质的种类、级配以及组合方式等直接影响人工湿地的物理截留、化学吸附、生物膜附着等作用的效果，但天然基质往往难以达到高效、稳定、综合处理水体污染物的目的.

层状双金属氢氧化物(layered  double  hydroxides，LDHs)又称水滑石类化合物或阴离子粘土，是由两种或两种以上金属元素组成的具有水滑石层状晶体结构的氢氧化物.LDHs层状结构中的层板带有正电荷，使其具有记忆效应、层间阴离子可交换性及微孔结构等特性，因此广泛应用于功能高分子材料、医药、污水处理等领域.由于层间阴离子可交换性及微孔结构均有利于污水中氮素的去除，因此可尝试将LDHs运用于人工湿地的脱氮工艺中.

在前期研究的基础上，本次试验采用3种3价金属化合物和3种2价金属化合物两两组合生成  9种LDHs，并覆膜于人工湿地常用的生物陶粒基质表面，在小试系统中进行脱氮净化实验，观察生物陶粒基质经不同类型LDHs覆膜改性后对垂直流人工湿地中氮素污染物净化效果的提升作用，为筛选合适的天然基质及有针对性的改性方式，以增强湿地系统的脱氮效果提供参考.

2 材料与方法

2.1 改性试验

2.1.1 改性试剂及原始基质

选用的改性试剂：三价金属化合物为FeCl3、AlCl3、CoCl3，二价金属化合物为CaCl2、MgCl2、ZnCl2;6种金属化合物按两两组合的方式分别生成9种LDHs覆膜改性生物陶粒基质.每种改性基质分别置于一根人工湿地模拟基质柱中，其编号如表  1所示.

表 1 生物陶粒基质改性方式

进行覆膜改性及净化试验的原始基质为生物陶粒基质.经初筛后生物陶粒基质粒径为1~3 mm;所有基质均采购自河南郑州.

2.1.2 基质改性试验方法

取若干洗净的原始生物陶粒基质置于装有2.0 L蒸馏水的烧杯中加热，至水温稳定在80 ℃左右;按表 1所示组合方式配制0.1  mol˙L-1的M3+溶液和0.2  mol˙L-1的M2+溶液，同时投加到上述装有原始基质的烧杯中，并加入10%的NaOH溶液调节pH保持在11~12左右，剧烈搅拌4  h;取出搅拌后的基质在转数为1000~1500 r˙min-1的条件下离心分离10 min;洗涤离心后得到的固体，使其pH呈中性，置于烘箱中干燥16  h，即得覆膜改性的垂直流人工湿地生物陶粒基质.

2.1.3 原始及改性基质LDHs覆膜的表征

基质化学成分：荷兰PANalytical公司生产的Axios advanced  X射线荧光光谱仪;基质表观特性：日本电子株式会社生产的JSM-5610LV扫描式电子显微镜.

2.2 净化试验

2.2.1 供试原水特性

由于当前大量存在部分污水处理厂出水水质未达标排放，以及生活污水直排污染湖泊水环境的现象，为使本试验研究更具实际应用价值，因此该净化试验系统进水为武汉市龙王嘴污水处理厂细格栅前进水与武汉市洪山区南湖湖水的混合水，混合体积比(污水厂进水)∶(湖水)=1  ∶ 2.供试混合水水质监测结果如表 2所示.

表 2 供试原水水质指标