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近年来大量含氮、磷污水排入江河湖泊造成了水体富营养化问题,导致我国大多数湖泊和近海海域频繁出现大规模的水华和赤潮,严重影响和制约了这些水体的水质安全和我国经济的可持续发展。水体富营养化的重要控制因素是磷,因此,研究富营养化水体中的磷污染的控制与修复技术,具有重大的现实意义。
本论文对磷的去除主要从以下三个方面进行:首先,通过太阳能曝气系统,强化生物修复,初步净化水质,并将磷浓度降至一定水平;然后,以构建生物浮床的方式,将基质吸附与植物吸收相结合深度除磷,将磷浓度降至富营养化底线之下:同时,对底泥进行固定化研究,防止底泥中磷的释放。主要研究结果如下:
(1)植物的筛选。对睡莲、滴水观音、玉簪、金童子、鱼腥草、合果芋等六种植物进行实验,其中净化富营养化水体效果最好的是滴水观音,实验中经过滴水观音12天的处理,水样的TN去除率为86.6%;TP去除率为52.9%;氨氮去除率为100%;COD去除率为78.4%。
(2)曝气条件的优化。曝气流量为0.5 Nl/min的处理效果最好。间歇式曝气优于连续式曝气。实验中我们采用曝气20 min后间歇100 min再曝气的间歇曝气方式。
(3)盆栽基质吸磷性能的研究。本文采用蛭石作为研究的盆栽基质,但实验表明直接用蛭石来处理含磷废水效果不理想。为进一步提高蛭石的吸附性能,对蛭石进行了各种改性方法的研究。其中,镧改性蛭石对磷的吸附效率最高,但存在pH值明显升高的问题;而酸改性蛭石对磷吸附效果相对也较好,但存在pH值明显降低的问题。酸改性和镧改性蛭石对磷的吸附与Langmuir吸附方程拟合较好,铁改性蛭石与Langmuir及Freundlieh两吸附方程均得到较好拟合,原蛭石符合Freundlieh吸附等温方程。铁改性蛭石、酸改性蛭石、镧改性蛭石对磷的吸附量均比原蛭石的磷吸附量大,三种改性蛭石的磷饱和吸附量分别为:镧改性蛭石(4.9603 mg/g)>酸改性蛭石(2.6105 mg/g)>铁改性蛭石(0.5137mg/g)。
(4)基质富集-植物吸收除磷研究。盆栽实验表明,各改性蛭石在第一期的除磷效果依次为:铁改性蛭石>镧改性蛭石>酸改性蛭石≈酸、镧改性蛭石组合>原蛭石>镁改性蛭石≈经碱液浸泡后的酸改性蛭石。随着时间的增长,镁改性蛭石的磷去除能力有所提高,而铁改性蛭石有下降的趋势,镧改性蛭石、酸改性蛭石及其组合均有较稳定的磷去除能力。处理实际富营养化水体时,以无植物盆为对比研究发现,植物对磷的吸收作用在一定程度上可促进改性蛭石对水中磷的吸附。
(5)底泥磷释放的控制。通过对底泥中磷的固定化控制磷的释放,初步研究表明含铁、镁、铝等材料作可以有效控制底泥磷的释放。