曹世瑋　荊肇乾　王祝來(lái)　黃新

摘?要：不同成分的粉煤灰陶粒作為污水生物處理中的基質(zhì)時(shí)對(duì)水處理效能的影響不同。本研究以回用水水質(zhì)指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)某河流重污染河水水質(zhì)，設(shè)計(jì)生物生態(tài)組合工藝，針對(duì)不同的階段工藝要求，選擇不同成分的陶粒作為基質(zhì)填料，開展中試試驗(yàn)。在工藝運(yùn)行穩(wěn)定后，分析陶粒的生物相組成和化學(xué)元素變化，研究陶粒吸附磷形態(tài)構(gòu)成，探討粉煤灰陶粒對(duì)水中特征污染物的去除機(jī)制。研究結(jié)果表明：復(fù)合生物濾池中設(shè)置比表面積大和孔隙率高的高碳粉煤灰陶粒，其好氧段區(qū)域的優(yōu)勢(shì)菌種是好氧異氧菌和硝化菌，缺氧段區(qū)域內(nèi)的優(yōu)勢(shì)菌種是反硝化細(xì)菌，表明該類型粉煤灰陶粒具有良好的掛膜性能。在以生態(tài)景觀及強(qiáng)化磷去除功能的后段人工濕地中配置高鈣粉煤灰陶粒，其物理吸附和化學(xué)沉淀作用表現(xiàn)了良好的磷去除性能，吸附的磷主要以Ca-P的形式存在，其次是Fe-P，有機(jī)磷的含量最少。從而驗(yàn)證了針對(duì)不同的工藝特點(diǎn)選擇不同成分的粉煤灰陶粒能有效提升水處理的效果。

關(guān)鍵詞：粉煤灰陶粒成分;復(fù)合生物濾池;人工濕地;污水處理;去污機(jī)制

中圖分類號(hào)：TQ536.4;X522;X773??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??文章編號(hào)：1006-8023（2019）04-0097-08

Decontamination Mechanism Research of Different Fly Ash Ceramsite

in Sewage Treatment

CAO Shiwei， JING Zhaoqian， WANG Zhulai， HUANG Xin

（College of Civil Engineering， Nanjing Forestry University， Nanjing 210037）

Abstract：Various fly ash ceramsites perform different for the wastewater treatment efficiency when they are applied to be a substrate. In this research， biological-ecological combination process with two kinds fly ash ceramsites as substrates were designed to treat the polluted river for the aim of wastewater recycling standard. The biological phase characteristic and the changes of chemical elements in the ceramsite particles were analyzed. The phosphorus morphological composition of the ceramsite particles were studied to explore the decontamination mechanism of characteristic pollutants. The results showed that in the biofilter ，which was filled by ceramsite with lager specific surface area and high porosity， the dominant bacteria in the upper region were aerobic bacteria and nitrifying bacteria， while the dominant bacteria in the lower region were denitrifying bacteria， which indicate that this type of fly ash ceramsite had a good file-forming performance. While ceramsite with more calcium content was applied to the constructed wetland followed the biofilter to strengthen the phosphorus removal， good performance had been achieved by physical adsorption and chemical deposition. Phosphorus adsorbed in the ceramsite mainly existed as the form of Ca-P and Fe - P， the content of organic phosphorus was minimum. The results showed that the efficiency of water treatment can be effectively improved by selecting appropriate components ceramsite as substrates according to different technological characteristics.

Keywords：Fly ash ceramsites; composite biofilter; constructed wetland; sewage treatment; decontamination mechanism

0?引言

粉煤灰陶粒是一種廉價(jià)的吸附劑，作為基質(zhì)已廣泛用于處理城市污水、雨水、工業(yè)廢水、含重金屬離子和含PO43-污水處理的構(gòu)筑物中[1-4]。相關(guān)研究表明粉煤灰陶粒的成分是影響水處理效能的重要因素，不同的污水處理工藝在處理不同性質(zhì)的污水時(shí)或具有不同處理目標(biāo)時(shí)需要不同性能的粉煤灰陶粒[5-6]。本研究在對(duì)兩種粉煤灰陶?；瘜W(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)組合工藝不同工藝段的處理要求和性能特點(diǎn)，選擇適宜的基質(zhì)陶粒，以回水水質(zhì)指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)處理江蘇省南京市某重污染河流河水。在組合工藝運(yùn)行穩(wěn)定出水達(dá)標(biāo)后，分析粉煤灰陶?；|(zhì)在水處理試驗(yàn)前后的化學(xué)組成成分變化和生物相變化，比較不同區(qū)域位置的硝化-反硝化水平，評(píng)價(jià)基質(zhì)掛膜性能;測(cè)定陶粒表面不同形態(tài)磷的構(gòu)成，揭示粉煤灰陶粒在組合工藝中特別是人工濕地中對(duì)水中污染物質(zhì)的削減機(jī)制，為粉煤灰陶?；|(zhì)在污水處理中的進(jìn)一步應(yīng)用提供參考。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

生物生態(tài)組合工藝試驗(yàn)裝置設(shè)置在河流岸邊，為有效提高水處理效率，生物工藝部分為好氧厭氧兩段式生物濾池，主要利用生物降解去除水中COD和氨氮等污染物質(zhì)，生態(tài)工藝段為人工濕地，以進(jìn)一步強(qiáng)化有機(jī)物和磷物質(zhì)的去除為目標(biāo)。組合工藝布置如圖1所示。

組合工藝設(shè)計(jì)以試驗(yàn)水體調(diào)查的水質(zhì)指標(biāo)為基礎(chǔ)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理水量為8 m3/d，通過高位水箱間歇配水，復(fù)合生物濾池上下層池容比在2～3之間，上下兩層中間通風(fēng)層為0.15 m。人工濕地采用四段式復(fù)合垂直流人工濕地構(gòu)型，以波形流態(tài)取代水平流態(tài)，使水在垂直方向上多次經(jīng)過人工濕地，以增強(qiáng)水處理效果。人工濕地種植水蔥、菖蒲和美人蕉等水生植物。

1.2?材料選擇

以生物降解性能為原理的生物濾池中基質(zhì)填料要求是比表面積大、開孔空隙率高和粗糙程度強(qiáng)，以利于微生物的接觸掛膜和生長(zhǎng)[7]，人工濕地中的基質(zhì)填料的選擇原則是對(duì)水中的懸浮物具有機(jī)械阻留作用，同時(shí)也是植物的生長(zhǎng)載體，保證一定的水力傳導(dǎo)性能，為微生物提供大量的附著界面，某些基質(zhì)還能直接通過物理化學(xué)作用，去除水中的污染物質(zhì)[8-10]。本研究待選填料是由江蘇省宜興市華一環(huán)保設(shè)備配件研究所提供的兩種陶粒，如圖2所示，I號(hào)粉煤灰陶粒（d=3～5 mm）呈灰色;II號(hào)粉煤灰陶粒濾料（d=3～5 mm）呈黑色。I號(hào)II號(hào)粉煤灰陶粒燒制方式相同，但在粉煤灰來(lái)源有一定差別，所以化學(xué)組成和燒制后的內(nèi)部構(gòu)造有一定的差別，其物理性質(zhì)及化學(xué)元素組成見表1。

I號(hào)粉煤灰陶粒鈣元素的比重較大，為方便比較，定義其為高鈣粉煤灰;II號(hào)粉煤灰陶粒中碳元素比重較大，定義為高碳粉煤灰陶粒。通過掃描電鏡放大觀察備選填料，從放大4 000倍后的表面和斷面看，I號(hào)高鈣粉煤灰陶粒和II號(hào)高碳粉煤灰陶粒表面和內(nèi)部均有比較發(fā)達(dá)的孔隙，且I號(hào)高鈣粉煤灰陶粒內(nèi)部有鋒芒狀晶體結(jié)構(gòu)。從物理吸附的基本理論上看，II號(hào)高碳粉煤灰陶粒的吸附容量應(yīng)該高于I號(hào)高鈣粉煤灰陶粒，比表面積大，孔隙率高，中等孔徑的孔隙多，有利于生物膜在更大范圍大量生長(zhǎng)。

基于對(duì)兩種粉煤灰陶粒吸附能力的分析，確定復(fù)合生物濾池系統(tǒng)主體上采用II號(hào)高碳粉煤灰陶粒充當(dāng)生物膜載體。I號(hào)粉煤灰陶粒濾料鈣含量較高，有利于磷的物理化學(xué)吸附，因此綜合考慮人工濕地中配置I號(hào)高鈣粉煤灰陶粒強(qiáng)化磷的去除。

1.3?試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)

試驗(yàn)選擇南京玄武湖支流之一“紫湖溪”內(nèi)河水作為試驗(yàn)進(jìn)水。受周邊地區(qū)排水管網(wǎng)改造的限制和徑流污染的加重，水中有機(jī)污染物含量較高，進(jìn)水水質(zhì)在不同季節(jié)有一定波動(dòng)，見表2。生物生態(tài)組合工藝運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)間為5月至12月，先后經(jīng)歷中溫、高溫、中溫和低溫4個(gè)階段，水質(zhì)條件、氣候條件具有一定的代表性，連續(xù)動(dòng)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)一方面考察工藝的穩(wěn)定性和抗沖擊性能，另一方面也考察粉煤灰陶?；|(zhì)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。

1.4?指標(biāo)檢測(cè)

為全面了解組合工藝不同位置處陶粒的特征，分析粉煤灰陶粒在水處理過程中的作用機(jī)制，研究擬對(duì)組合工藝的4個(gè)不同位置處的陶粒進(jìn)行考察，并分別與空白陶粒進(jìn)行比較，復(fù)合生物濾池包括好氧段和缺氧段，人工濕地分4段，分別研究第一段和第二段內(nèi)的陶粒特征。考察的指標(biāo)包括以下3項(xiàng)。

（1）粉煤灰陶?；瘜W(xué)元素組成及變化：通過能譜分析儀分析。

（2）基質(zhì)表面吸附磷的形態(tài)構(gòu)成：磷的結(jié)合態(tài)主要有鐵結(jié)合態(tài)、鈣結(jié)合態(tài)和有機(jī)磷3種，分別采用基質(zhì)磷的分級(jí)浸提[11]。

（3）基質(zhì)上生物相特征：用掃描電子顯微鏡技術(shù)（SEM，JSM-5610LV）放大500～8 000倍觀察生物相。測(cè)定生物膜中脫氫酶的量和微生物量以判斷生物膜活性[11]。

2?結(jié)果與分析

2.1?粉煤灰陶粒化學(xué)組成成分變化

陶粒作為載體設(shè)置于復(fù)合生物濾池和人工濕地內(nèi)，污水流經(jīng)濾料表面，水中的污染物擴(kuò)散進(jìn)入陶粒內(nèi)部，有機(jī)污染物吸附在陶粒表面被濾料表面的和內(nèi)部的微生物降解，污染物去除過程包括物理吸附過程、化學(xué)反應(yīng)沉淀過程和生物降解過程，工藝不同階段的環(huán)境不同，載體不同，污染物去除的過程也不相同，通過研究工藝不同位置的陶?；瘜W(xué)組成的變化也能剖析相應(yīng)階段污染物去除機(jī)制。

2.1.1?復(fù)合生物濾池中高碳粉煤灰陶粒成分變化

利用能譜儀分析運(yùn)行一段時(shí)間的陶粒，其化學(xué)成分變化與原始陶?；瘜W(xué)成分進(jìn)行比較（圖3）。從圖3可以看出，好氧段的粉煤灰陶粒碳元素的重量百分比要高于缺氧段陶粒和空白陶粒1/3左右。復(fù)合生物濾池是采用上部虹吸布水，污染河水從上部間歇噴下，流經(jīng)濾料表面，水中污染物質(zhì)被濾料表面的生物膜降解[13]。高碳粉煤灰陶粒本身有一定的碳含量，在運(yùn)行一段時(shí)間后表面的碳元素成分質(zhì)量增加，且其他Na、Al、Si、Mg、Fe等化學(xué)元素的組成重量比也有少量增長(zhǎng)，這可能是好氧段陶粒上繁殖的微生物體內(nèi)的各元素造成的。好氧段濾料的碳含量高于缺氧段的，說明好氧段的生物量要高于缺氧段。陶粒中K、Cl元素在試驗(yàn)后均未檢測(cè)出，分析可能被微生物吸收，Si含量的增加考慮是對(duì)河水中截留的懸浮物（SS）引起的。 從化學(xué)成分變化上可以看出，試驗(yàn)中使用的粉煤灰陶粒能夠?qū)崿F(xiàn)掛膜功能，在使用過程中化學(xué)成分組成基本穩(wěn)定。

2.1.2?人工濕地中高鈣粉煤灰陶粒成分變化

人工濕地中基質(zhì)對(duì)水中磷的去除是通過離子交換、吸附、鰲合作用和化學(xué)沉淀反應(yīng)等多種途徑實(shí)現(xiàn)的，其中吸附和化學(xué)沉淀作用是人工濕地基質(zhì)最主要的除磷方式。本人工濕地系統(tǒng)中采用高鈣粉煤灰陶粒作為基質(zhì)目的，是利用其對(duì)磷的吸附能力強(qiáng)化除磷效果[14-15]。粉煤灰陶粒吸附磷的過程最開始是從基質(zhì)表面開始的，隨著接觸時(shí)間的增加，吸附可能會(huì)擴(kuò)散到基質(zhì)的內(nèi)部。磷在粉煤灰陶粒表面和內(nèi)部的沉積會(huì)影響到陶粒的化學(xué)組成成分變化。

從圖4可以看出，運(yùn)行一段時(shí)間后的高鈣粉煤灰陶粒中碳元素的含量從空白增加到15%左右，微生物機(jī)體含有碳元素，說明基質(zhì)上附著一定量的微生物。第一段基質(zhì)的碳元素含量要略高于第二段基質(zhì)的碳元素的含量，污水流經(jīng)人工濕地第一段到

第二段，水中的污染物質(zhì)濃度是逐漸降低的，所以其基質(zhì)上附著的生物量也在逐漸遞減，表現(xiàn)在碳元素的含量降低。陶粒斷面成分中氧元素都表現(xiàn)為減少。氧元素主要是以化合態(tài)MgO、Al2O3、SiO2、K2O、CaO、TiO2、FeO等形式存在，Mg、Al、K等化學(xué)元素的變化很小，F(xiàn)e 、Si的含量逐漸增加，而Ca的含量減少，氧元素的減少和Ca元素的減少行為表現(xiàn)一致。人工濕地中粉煤灰陶粒上覆蓋一層石英砂，Si的含量增加可能是石英砂中微量的二氧化硅溶解于水中，與粉煤灰中的鈣或者鐵等結(jié)合沉淀附著在粉煤灰陶粒的表面[16]。人工濕地第一段的陶粒磷元素含量達(dá)到7.4%，說明在人工濕地中吸附除磷現(xiàn)象還是比較顯著的，第二段中粉煤灰陶粒吸附磷幾乎沒有，說明吸附主要發(fā)生在第一段，也說明經(jīng)過7個(gè)月的運(yùn)行后，人工濕地還有較大的吸附除磷容量。磷的吸附作用主要是磷酸鈣沉淀引起的，但是試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在第一段和第二段的陶粒中鈣元素的含量從試驗(yàn)前的20.56%左右降低到試驗(yàn)后的1.78%，鈣的轉(zhuǎn)移可能有兩種原因，一種是在堿性條件下溶解于水中，另一種可能是植物吸收[17]。

2.2?粉煤灰陶粒上生物相分析

組合工藝在沿程接受的水質(zhì)不同，不同區(qū)域的微生物處于不同的營(yíng)養(yǎng)條件，因而生物種類、菌體的疏密也不同。測(cè)定沿程陶粒的生物特征，有助于了解不同區(qū)域位置生物量數(shù)量和活性;測(cè)定不同區(qū)域位置陶粒上硝化菌和反硝化菌的數(shù)量，可以比較不同區(qū)域位置的硝化-反硝化水平。

2.2.1?生物相觀察

在夏季和冬季分別觀察從濾池（BF）不同位置取出的陶粒，好氧段進(jìn)水端陶粒上的生物膜外觀呈黃褐色，厚度約0.10～0.20 mm，有泥腥味，中部陶粒生物膜厚度約0.09～0.16 mm，出水端生物膜較進(jìn)水端薄，厚度約0.07～0.12 mm。借助光學(xué)顯微鏡發(fā)現(xiàn)上層好氧段陶粒表面附著生物種類多，原生動(dòng)物活躍，有較多的鐘蟲、少量輪蟲、線蟲及纖毛蟲，生物膜粘質(zhì)多，這說明在好氧段的上部和中部區(qū)域，好氧異氧菌為優(yōu)勢(shì)菌種。下層缺氧段陶粒沒有發(fā)現(xiàn)原生動(dòng)物，只觀察到大量絲狀菌存在。

進(jìn)一步通過SEM觀察，如圖5所示，放大到6 000倍的陶粒特征圖表明陶粒表面和斷面附著有絮狀的生物膜骨架，骨架上生長(zhǎng)著一定數(shù)量的球菌和桿菌，尺寸在0.8～1.2 um之間。本研究使用的陶粒主要孔徑為22 nm，大于一般的濾料的孔徑，從微生物的附著生長(zhǎng)實(shí)際利用孔道尺寸考慮，有利于微生物的生長(zhǎng)，同時(shí)陶粒表面和內(nèi)部均存在孔隙，在一定程度上可以避免微生物受水流剪切力的破壞，為微生物的生長(zhǎng)提供適宜的附著點(diǎn)，同時(shí)孔隙和陶粒粗糙的表面和孔隙能夠使水流形成微小的漩渦，這些微小的漩渦可以使水流中的有機(jī)物更深的進(jìn)入陶粒內(nèi)部，提高陶粒對(duì)有機(jī)物的吸附能力，同時(shí)這些微小漩渦能夠強(qiáng)化生物膜的傳質(zhì)作用，促進(jìn)衰老生物膜和代謝產(chǎn)物的脫落，新生物膜的生長(zhǎng)，保持生物膜的高效活性[18]。

人工濕地內(nèi)部的陶粒，在光學(xué)顯微鏡下未觀察到原生動(dòng)物等相關(guān)生物。但通過SEM放大到6 000倍能觀察到生物骨架虛體（圖5）。人工濕地內(nèi)部陶粒上附著生物量較少的原因是其進(jìn)水是復(fù)合生物濾池的出水，水中COD濃度等污染物質(zhì)濃度降低，COD大約在30 mg/L左右，貧營(yíng)養(yǎng)水平條件下微生物生長(zhǎng)受到抑制，進(jìn)一步反映了復(fù)合生物濾池以生物降解作用為主，而人工濕地的生物降解作用略弱[19]。

2.2.2?生物膜活性檢測(cè)

生物膜活性也是反應(yīng)陶粒載體性能發(fā)揮的重要指征。生物膜活性測(cè)定結(jié)果見表3。從表3可以看出，復(fù)合生物濾池上層上部區(qū)域的濾料上脫氫酶含量略高于上層下部區(qū)域，主要是因?yàn)樵谶M(jìn)水端營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量要高于上層下部區(qū)域。

復(fù)合生物濾池上層設(shè)計(jì)是好氧區(qū)，雖然上部和下部取樣口都是好氧區(qū)，但是由于與進(jìn)水端的距離不相同，流經(jīng)濾料的污染河水中污染物也不相同。去除有機(jī)物的細(xì)菌是好氧異養(yǎng)菌，其世代時(shí)間短于去除氨氮的好氧自養(yǎng)菌，因此在上層有機(jī)物濃度較高的情況下，好氧異氧菌占優(yōu)勢(shì)，而在好氧段上部區(qū)域去除了一定量的有機(jī)物濃度后，在好氧段下部區(qū)域，好氧自養(yǎng)菌硝化菌的優(yōu)勢(shì)地位得到提高，大量硝化菌的存在是好氧段具有較好脫氮效果的原因。復(fù)合生物濾池缺氧段區(qū)域單位質(zhì)量濾料上繁殖的反硝化細(xì)菌是上層區(qū)域的100倍，說明了下層區(qū)域的淹沒式出流營(yíng)造了良好的缺氧環(huán)境[20-21]，有利于大量的反硝化細(xì)菌的生存和繁衍，使得裝置具有良好的脫氮效果，粉煤灰陶粒在脫氮的過程中作為掛膜基質(zhì)發(fā)揮了良好的作用。

人工濕地第一段和第二段基質(zhì)上的生物膜量遠(yuǎn)少于復(fù)合生物濾池段。主要是因?yàn)槲廴竞铀?jīng)過復(fù)合生物濾池處理后，能夠被生物降解的有機(jī)物已經(jīng)基本上去除了，雖然有一定的有機(jī)物含量，但是基本上都屬于難降解的有機(jī)物，因此不利于好氧異養(yǎng)菌的生存和繁衍[22]。

2.3?粉煤灰陶粒表面吸附磷的形態(tài)構(gòu)成

粉煤灰陶粒在組合工藝中不僅是生物處理系統(tǒng)的載體，還通過物理吸附作用和化學(xué)反應(yīng)過程去除水中的磷污染物。通過分析陶粒表面附著磷的形態(tài)構(gòu)成，揭示粉煤灰陶粒去除水中磷的本質(zhì)。進(jìn)入濕地的磷包括顆粒磷、溶解有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷酸鹽。無(wú)機(jī)磷化合物的溶解性改變，有機(jī)磷化合物的分解礦化，無(wú)機(jī)磷的氧化還原都需要磷細(xì)菌等微生物的生物化學(xué)反應(yīng)及酶的催化來(lái)實(shí)施。有機(jī)磷化合物被有機(jī)磷酶水解變成無(wú)機(jī)磷，是人工濕地系統(tǒng)中磷被基質(zhì)吸附沉淀和植物吸收利用的關(guān)鍵一步[23-24]。

從圖6處理構(gòu)筑物不同位置取出粉煤灰陶粒的不同形態(tài)磷含量可以看出，粉煤灰陶粒吸附的磷主要以Ca-P的形式存在，其含量均占到總磷量的40%以上，人工濕地第一格的高鈣粉煤灰陶粒吸附的Ca-P含量最高，達(dá)到81.64 μg/g，F(xiàn)e-P含量次之。粉煤灰陶粒從水中吸附磷有物理作用和化學(xué)作用兩方面，其中化學(xué)作用的原理就是陶粒中本身的鈣或者鐵與磷酸鹽結(jié)合生成不溶性磷酸鹽而使磷從水中去除，這種現(xiàn)象在高鈣粉煤灰陶粒上表現(xiàn)得尤為明顯，高鈣粉煤灰陶粒本身鈣的含量高達(dá)22%，所以其有巨大的化學(xué)反應(yīng)容量。人工濕地第一段的高鈣粉煤灰陶粒的Ca-P含量要高于第二段的，這說明第一段的高鈣粉煤灰陶粒吸附的PO43-要高于第二格吸附的，污水流經(jīng)第一段進(jìn)入第二段，大量的磷首先化學(xué)沉淀在第一段的高鈣粉煤灰陶粒上，磷的濃度逐漸降低。試驗(yàn)結(jié)果表明粉煤灰陶粒吸附的磷主要以Ca-P的形式存在，其次是Fe-P，有機(jī)磷的含量最少。人工濕地內(nèi)的高鈣粉煤灰陶粒中Ca-P含量高于復(fù)合生物濾池中的高鈣粉煤灰陶粒，原因和陶粒本身鈣含量的高低有關(guān)。這也進(jìn)一步說明了在篩選濕地基質(zhì)時(shí)，首先考慮Ca、Al、Fe 含量較高的基質(zhì)，還可通過人工改造或合成理化性質(zhì)優(yōu)越的基質(zhì)，這樣不但能提高人工濕地的凈化能力而且還能延長(zhǎng)其使用年限[25]。人工濕地中第一段的高鈣粉煤灰陶粒的Ca-P含量是第二段的1.3倍，該值的差距是由水中磷的濃度逐漸降低引起的，目標(biāo)物質(zhì)濃度的降低會(huì)影響到吸收量和吸收平衡[26]。

3?結(jié)論

粉煤灰陶粒成分和內(nèi)部構(gòu)造是影響生物生態(tài)污水處理工藝的處理效果的重要因素，本研究針對(duì)污染河水的生物生態(tài)組合工藝，結(jié)合不同工藝段處理要求，分別選擇成分不同的粉煤灰陶粒作為基質(zhì)濾料展開中試研究，通過陶粒的化學(xué)成分變化、生物相特征分析等考察兩種粉煤灰陶粒在去除水中污染物過程中的處理作用機(jī)制，研究結(jié)論如下。

（1）陶粒化學(xué)成分變化研究結(jié)果表明，充填在復(fù)合生物濾池中的高碳粉煤灰陶粒中碳元素增加，說明其上生物量大，掛膜性能好，在復(fù)合生物濾池中利用生物降解作用去除污染物質(zhì)中起著重要作用;人工濕地中的高鈣粉煤灰陶水中磷的吸附導(dǎo)致磷的元素增加，其在人工濕地中主要作為水生植物的載體和除磷基質(zhì)，強(qiáng)化了人工濕地對(duì)污染物質(zhì)的進(jìn)一步削減。

（2）不同工藝段陶粒生物膜特征研究結(jié)果表明，復(fù)合生物濾池好氧段區(qū)域的優(yōu)勢(shì)菌種是好氧異氧菌和硝化菌，缺氧段區(qū)域內(nèi)的優(yōu)勢(shì)菌種是反硝化細(xì)菌，生物膜量均大于人工濕地段，表明該類型粉煤灰陶粒具有良好的掛膜性能，可以協(xié)助構(gòu)筑物實(shí)現(xiàn)高效的生物降解過程。人工濕地中基質(zhì)附著的生物量較少，說明該階段污染物去除的生物降解性能較低。

（3）陶粒吸附磷形態(tài)分析結(jié)果表明，人工濕地內(nèi)的高鈣粉煤灰陶粒的去污機(jī)制是吸附為主，生物為輔。人工濕地中第一段的高鈣粉煤灰陶粒的Ca-P含量是第二段的1.3倍。陶粒吸附水中的磷主要以Ca-P的形式存在，其次是Fe-P，有機(jī)磷的含量最少。

以上研究表明兩種粉煤灰陶粒在生物生態(tài)污水處理工藝中性質(zhì)穩(wěn)定，生物段高碳粉煤灰陶粒掛膜性能良好，生態(tài)段高鈣粉煤灰陶粒吸附作用良好，可以在實(shí)際工程中推廣使用。

【參?考?文?獻(xiàn)】

[1]KAASIK A， VOHLA C， MOTLEP R， et al. Hydrated calcareous oil-shale ash as potential filter media for phosphorus removal in constructed wetlands[J]. Water Research， 2008， 42（4）： 1315-1323.

[2]王祝來(lái)，王婷，樊祖輝，等.粉煤灰陶粒處理初期雨水的吸附研究[J].應(yīng)用化工，2017，46（11）：2158-2161.

WANG Z L，WANG T， FAN Z H， et al. Study on the adsorption of rainwater at the initial stage of treatment with fly ash ceramsite[J]. Applied Chemical Industry， 2017， 46（11）： 2158-2161.

[3]趙翔，黃勝，王亞舉，等.用于水處理填料的超輕粉煤灰陶粒的研制[J].中國(guó)陶瓷，2017，53（6）：59-65.

ZHAO X， HUANG S， WANG Y J， et al. Preparation of ultralight fly ash ceramsite for water treatment[J]. China Ceramics， 2017， 53（6）： 59-65.

[4]張悅悅，楊瑛.活性炭脫附再生方法在廢水處理中的應(yīng)用[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2017，45（9）：10-16.

ZHANG Y Y， YANG Y. Application of activated carbon desorption and regeneration method in wastewater treatment[J]. Forestry Machinery & Woodworking Equipment，2017，45（9）：10-16.

[5]張修穩(wěn)，李鋒民，盧倫，等.10種人工濕地填料對(duì)磷的吸附特性比較[J].水處理技術(shù)，2014，40（3）：49-52.

ZHANG X W， LI F M， LU L， et al. Comparison of phosphorus adsorption characteristics of 10 constructed wetland fillers[J]. Water Treatment Technology， 2014（3）： 49-52.

[6]張翔凌，阮聰穎，黃華玲，等.不同類型LDHs覆膜改性人工濕地生物陶?；|(zhì)脫氮效果研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35（10）：3178-3184.

ZHANG X L， RUAN C Y， HUANG H L， et al. Removal of nitrogen in the simulated constructed wetland systems with modified biological ceramsite substrate coated with laye red double hydroxides synthesized from different metal compounds[J]. Acta Scientiae Circumstantiae， 2015， 35（10）： 3178-3184.

[7]NOHANTY S K， BOEHM A B. Effect of weathering on mobilization of biochar particles and bacterial removal in a stormwater biofilter[J]. Water Research， 2015， 85： 208-215.

[8]BRIX H， ARIAS C A， BUBBA M D. Media selection for sustainable phosphorus removal in subsurface flow constructed wetlands[J]. Water Science Technology， 2001， 44（1112）： 47-54.

[9]葛秋易，梁冬梅，肖尊東.基質(zhì)優(yōu)化人工濕地處理效率方法研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（22）：5-9.

GE Q Y， LIANG D M， XIAO Z D. Research progress on methods for optimizing the treatment efficiency of constructed wetlands with substrates[J]. Jiangsu Agricultural Science， 2017， 45（22）： 5-9.

[10]RACHMADI A T， KITAJIMA M， PEPPER I L， et al. Enteric and indicator virus removal by surface flow wetlands[J]. Science of the Total Environment， 2016， 542： 976-982.

[11]朱廣偉，秦伯強(qiáng).沉積物中磷形態(tài)的化學(xué)連續(xù)提取法應(yīng)用研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22（3）：349-352.

ZHU G W， QIN B Q. Chemical sequential extraction of phosphorus in lake sediments[J]. Journal of Agro-environmental Science， 2003， 22（3）： 349-352.

[12]李今，吳振斌，賀鋒.生物膜活性測(cè)定中TTC-脫氫酶活性測(cè)定法的改進(jìn)[J].吉首大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，26（1）：37-39.

LI J， WU Z B， HE F. Improvement of TTC- dehydrogenase activity assay in biofilm activity assay[J]. Journal of Jishou University （Natural Science Edition）， 2005， 26（1）： 37-39.

[13]AKDENIZ N， JANNI K A， SALNIKOV I A. Biofilter performance of pine nuggets and lava rock as media[J]. Bioresource Technology， 2011， 102（8）： 4974-4980.

[14]CHENG G， LI Q H， SU Z， et al. Preparation， optimization， and application of sustainable ceramsite substrate from coal fly ash/waterworks sludge/oyster shell for phosphorus immobilization in constructed wetlands[J]. Journal of Cleaner Production， 2018， 175： 572-581.

[15]冀澤華，馮沖凌，吳曉芙，等.人工濕地污水處理系統(tǒng)填料及其凈化機(jī)理研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志.2016，35（8）：2234-2243.

YI Z H， FENG Z L， WU X F. Research progress on filler application and purification mechanisms in constructed wetland wastewater treatment system[J]. Chinese Journal of Ecology， 2016， 35（8）： 2234-2243.

[16]曹世瑋，陳衛(wèi)，荊肇乾.高鈣粉煤灰陶粒對(duì)人工濕地強(qiáng)化除磷機(jī)制[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，43（12）：4939-4943.

CAO S W， CHEN W， JING Z Q. Phosphorus removal mechanism in constructed wetlands with high calcium fly ash as substrate[J]. Journal of Central South University （Science and Technology）， 2012， 43（12）： 4939-4943.

[17]沈林亞，吳娟，鐘非，等.分級(jí)進(jìn)水對(duì)階梯垂直流人工濕地污水處理效果的影響[J].湖泊科學(xué)，2017，29（5）：1084-1090

SHEN L Y， WU J， ZHONG F. Effect of step feeding on the performance of multi-stage vertical flow constructed wetland for municipal wastewater treatment[J]. Lake Science， 2017， 29（5）：1084-1090.

[18]MOHANTY S K， BOEHM A B. Effect of weathering on mobilization of biochar particles and bacterial removal in a stormwater biofilter[J].Water Research， 2015， 85： 208-215.

[19]ADRADOS B， SANCHEZ O， ARIAS C A， et al. Microbial communities from different types of natural wastewater treatment systems： Vertical and horizontal flow constructed wetlands and biofilters[J]. Water Research， 2014， 55： 304-312.

[20]PAWESKA K， BAWIEC A， PULIKOWSKI K. Wastewater treatment in submerged aerated biofilter under condition of high ammonium concentration[J]. Ecological Chemistry and Engineering， 2017， 24（3）：431-442.

[21]YANG K L， YUE Q Y， HAN W， et al. Effect of novel sludge and coal cinder ceramic media in combined anaerobic-aerobic bio-filter for tetracycline wastewater treatment at low temperature[J]. Chemical Engineering Journal， 2015， 277： 130-139.

[22]BARCA C， TROESCH S， MEYER D， et al. Steel slag filters to upgrade phosphorus removal in constructed wetlands： two years of field experiments[J]. Environmental Science and Technology， 2013， 47（1）： 549-556.

[23] GERANMAYEH P ，JOHANNESSON K M， ULEN B， et al. Particle deposition， resuspension and phosphorus accumulation in small constructed wetlands[J]. A Journal of the Human Environment， 2018， 47（1）： 134-145.

[24]JING Z Q， HE R， HU Y， et al. Practice of integrated system of biofilter and constructed wetland in highly polluted surface water treatment[J]. Ecological Engineering， 2015， 75： 462-469.

[25]HAROUIYA N， RUE S M， PROSTBOUCLE S， et al. Phosphorus removal by apatite in horizontal flow constructed wetlands for small communities： pilot and full-scale evidence[J]. Water Science and Technology， 2011， 63（8）： 1629-1637.

[26]葛姍姍，劉春敬，劉霞.ZnFe-LDHs覆膜改性人工濕地基質(zhì)脫氮除磷性能研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，40（4）：108-113.

GE S S， LIU C J， LIU X. Study on nitrogen and phosphorus removal on constructed wetland substrates by ZnFe-LDHs coating modification[J]. Journal of Agricultural University of Hebei， 2017， 40（4）： 108-113.