人工湿地对氨氮和总磷去除效果

1 引言

与传统的污水处理系统相比，人工湿地具有投资、运行费用低，操作简便，抗污水负荷

能力强和避免二次污染等优点.垂直流人工湿地因其在处理有机物和氮素方面的突出表现，

在过去二三十年里发展迅速;但由于在潜流型湿地内未能得到充足的溶解氧(Vymazal，2002)

以及基质容易吸附饱和等原因，其对氨氮和总磷的去除效果较差.众多学者对此进行了大量

的研究，如通过提高湿地床内基质对磷素的吸附容量，或延长磷素在多孔基质的湿地床中的

水力停留时间，或单独在末端出水设置过滤装置而使其净化效果得到有效改善.近年来，无

烟煤、粉煤灰、钢渣、矿渣、火山岩、活化赤泥、生物陶粒等填料陆续被作为人工湿地除磷

基质展开研究，但大部分天然基质易吸附饱和，很难寻求到一种长久、高效、经济、稳定的

基质.生物陶粒作为填料的 1 种，兼具材料低廉易得、表面积大、孔隙率大、化学和物理稳

定性好等优点，因此可尝试对生物陶粒基质进行覆膜改性，以强化和提高其对水体中磷素的

净化效果.

阴离子型层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides，LDHs)，又称为水滑石类

化合物或阴离子粘土. LDHs 由相互平行的层板构成，层板上二价金属离子部分被三价金属

离子同晶取代，其层间作用力较弱，因而具有捕获有机和无机阴离子的较强能力;LDHs 比表

面积大，具有比阴离子交换树脂更高的阴离子交换能力和热稳定性，因此近年来 LDHs 广泛

应用在催化、光化学、电化学聚合、磁学、生物医药科学和水环境科学;其中在水处理领域

中的应用主要集中于将制备好的 LDHs 固体直接用于水体中污染物的吸附.

在前期试验研究的基础上，本次实验选用垂直流人工湿地常用的生物陶粒作为原始基

质，采用 Ca 系、Zn 系和 Mg 系二价金属化合物与 Fe 系、Co 系与 Al 系三价金属化合物一一

对应反应生成 LDHs 的方式，在碱性条件下以共沉淀的方法合成 9 种不同类型的 LDHs，并将

其分别覆膜于垂直流人工湿地生物陶粒基质上，研究改性基质对磷素净化效果的提升作用，

以期筛选出净化磷素的金属化合物最佳反应组合，为强化垂直流人工湿地除磷效果提供参

考.

2 材料与方法

2.1 改性试验方法

2.1.1 原始基质

改性及净化磷素所用生物陶粒基质为球形颗粒状，经过粗筛后粒径为 1～3 mm，所有的

基质均购自河南郑州.

2.1.2 改性药剂