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2.4 除磷机制研究
沸石湿地和改性沸石湿地沿程各段的填料磷素截留量见表 7.沸石经改性后，磷素吸附性能大幅提升，污水进入第1隔室后PO43-浓度明显降低，第1隔室改性沸石湿地填料平均磷素截留量比沸石湿地增加了59.96%，改性效果在实际应用中得到体现.第1隔室改性沸石湿地磷素截留量远高于静态吸附试验中得到的吸附量，由于污水中磷素浓度较低，填料在静态试验中更易失去对磷素的吸附推动力，因此与氮素相比，磷素在静动态试验中吸附量差距更大.
表 7 填料沿程截留磷素量/mg˙g-1
磷素截留量均呈现出第1隔室>第2隔室>第3隔室的规律，各隔室均呈现出下层>中层>上层的规律.第1隔室中吸附量较为接近，第2、3隔室上下层吸附量差距较大.改性沸石优化的磷素吸附性能使填料在第2隔室中上层前后端吸附量差距更为明显. Al3+取代沸石晶格中的Si4+后，既可能吸附沉淀PO43-，也可能由于生成多余负电荷强化对NH4+-N的吸附.与氮素相比，改性沸石对磷素的截留能力较差，第1隔室仅截留了53.50%的磷素.第1隔室中改性沸石与沸石相比，氮素和磷素平均截留量分别增加了1.70 mg˙g-1和0.485 mg˙g-1，说明虽然Al3+有效入替到晶格中，但其对NH4+-N的吸附优于对PO43-的吸附，粗壮根系的导流作用使相同区域的改性沸石磷截留量增加5.8%.
填料截留磷素形态分布见表 8，其中其他指填料吸附的有机磷和截留在填料表面的颗粒磷，由于AlCl3溶液呈酸性，在改性过程中部分改性液未从填料表面及孔道内完全洗净使改性沸石湿地床体内在启动初期呈弱酸性，因此生成了部分的闭蓄态磷[25].沸石改性前后，均以Ca-P为主要吸附沉淀磷素途径，改性前后水溶性P和Fe-P截留量变化不大，可能与沸石中铁质含量不高有关，而湿地Ca-P和Al-P截留量均有大幅提升，Ca-P增幅大于Al-P，因此Al3+入替至晶格不是改性沸石磷素吸附性能提升的唯一原因.沸石先后经NaOH溶液和AlCl3溶液中的H+处理后，大量位于沸石内部的无效钙质和铝质溶出并沉积在填料表面或入替表面晶格中的Si4+，大量吸附沉淀在天然沸石表面的磷素解吸出来，均增强了沸石的磷素吸附性能，而酸碱还能疏通拓宽沸石孔道，增大其孔容积及吸附点位，增大Al3+入替至晶格中的可能性.在这些途径的协同作用下，改性沸石中Ca和Al成分对磷素的吸附沉淀能力大幅提升.
表 8 改性沸石湿地和沸石湿地各形态磷素截留总量
对改性沸石湿地各隔室截留磷素的形态分析见表 9.从中可知，有机磷和颗粒磷主要被截留在湿地前端，这与沿程测定结果相符.污水中的颗粒磷和可溶性有机磷在湿地前端被截留后，逐渐无机化，因此截留总量较少.对3个隔室磷素吸附形态进行比较发现，第1隔室中Al-P和Fe-P比例较后2个隔室高，可能是启动初期填料表面呈酸性，PO43-易与Al和Fe结合.
表 9 改性沸石湿地截留磷素形态沿程分布
填料吸附截留和植物吸收对改性沸石湿地除磷的贡献分别约为92.93%和6.63%，对沸石湿地除磷的贡献分别约为89.72%和9.41%，改性前后填料的吸附截留作用均为湿地除磷的主要途径.运行期间，改性沸石湿地除磷量较沸石湿地增长了1倍多，改性效果在中试试验中得到充分体现.具体参见污水宝商城资料或http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3 结论
(1)改性沸石在实际应用中对氮磷去除良好且稳定，湿地脱氮量和除磷量较沸石湿地分别增加1.8%和1倍多，适用于苏州市农村生活污水的处理.
(2)改性沸石湿地主要通过填料的吸附截留作用脱氮除磷，以Ca-P和Al-P为主要沉淀磷素形式截留在湿地前端.运行期间氮磷主要于湿地前端去除，湿地后端以硝化反硝化脱氮为主，起稳定出水水质的作用.
(3)水力流态和植物根系的影响是造成相同区域填料氮磷截留量差异的主要原因.流体粒子易于下向流前端形成优先流，故建议在折流湿地实际应用中适当缩短下向流隔室流向方向的长度，以0.2~0.3 m为宜.
(4)低价金属离子有效取代沸石晶格中的Si4+，孔道的疏通和吸附点位的增加是沸石改性后NH4+-N吸附性能优化的主因，而改性过程对沸石磷素吸附沉淀性能的大幅提升是在多重途径的协同作用下实现的. Al3+取代沸石晶格中的Si4+后，对NH4+-N的吸附优于PO43-是造成改性沸石磷素平均截留增量低于氮素平均增量的主因.
(5)改性沸石湿地硝化作用强度呈现出秋季>夏季>冬季的规律，硝化作用强度的高低是改性沸石湿地脱氮效果及稳定性季节性波动的主因.
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