人工湿地对甲苯的吸附降解研究

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甲苯作为一种典型的芳香族化合物,已被列入我国优先控制污染物名单。本文以甲苯为受试污染物,火山岩、天然沸石、碎石为湿地基质,研究了水平潜流人工湿地对甲苯的去除效果、影响因素和去除机理,主要包括三个方面:  (1)研究了甲苯在基质上的静态吸附和动态吸附,结果表明:甲苯在三种基质(≤200目)上的吸附平衡时间均为12h;线性和Freudlich吸附方程均可用来描述甲苯在三种基质上的等温吸附行为,吸附量从大到小依次为:火山岩≈沸石>碎石,根据D-R方程,三种基质对甲苯的吸附作用均为物理吸附;动态吸附结果表明:HRT=2 d时,经火山岩或天然沸石处理后,废水中甲苯去除率达80%,浓度可降低至0.1 mg·L1,而碎石对甲苯的去除率较低,仅为12%~16%。  (2)构建了3个人工湿地系统,即沸石系统(火山岩/沸石+芦苇)、碎石系统(碎石+芦苇)和无植物系统(碎石),考察了各个系统对甲苯的去除率、影响因素和长期运行规律等内容,结果表明:水力停留时间过长或过短都可能会导致去除率较低,对有植物系统,HRT=6 d时去除率最高。对于污染负荷的变化,有植物系统的耐冲击负荷能力较好。各系统污水中的甲苯浓度和基质上的甲苯降解菌数量大体上都随着沿程水平距离的增加而下降,植物的存在可以比较明显地促进甲苯降解菌的生长和繁殖。甲苯去除率和甲苯降解菌数量无明显相关关系。对于有植物系统,上层基质中的甲苯降解菌数量和甲苯浓度相关性显著。甲苯可以在植物根、茎、叶中少量富集,且呈阶梯状分布,芦苇茎叶中的甲苯来自根部传输。在整个湿地运行期间(5月~10月),沸石系统、碎石系统和无植物系统对甲苯的去除率范围分别为:36.7%~88.5%、26.8%~70.5%、18.1%~40.0%;对NH4+-N的去除率范围分别为:42.3%~67.2%、27.3%~54.0%、17.6%~26.2%;对TP的去除率范围分别为:54.2%~62.7%、56.1%~62.9%、39.5%~47.3%,夏季去污能力最强。沸石系统相较于碎石系统有更好的效果。  (3)试验系统运行初期,基质吸附是甲苯去除的最主要途径,贡献率大于90%,随着运行时间的延长,基质吸附去除量所占总去除量的比例下降,运行后期沸石系统、碎石系统的微生物贡献率分别提高到为54.95%、53.95%。虽然植物直接吸收量有限,但比较碎石系统和无植物系统,由于植物根系和微生物的协同作用使湿地对甲苯的去除率总共提高了10%~34%,植物在整个处理系统中所起的作用是不可忽视的。
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