邵 捷，呂錫武，程方奎，汪思宇

(1.東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210096；2.無(wú)錫太湖水環(huán)境工程研究中心，江蘇無(wú)錫 214061)

磷是生物生長(zhǎng)過(guò)程中必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素，也是河流、湖泊等地表水體富營(yíng)養(yǎng)化的限制因素[1]。當(dāng)磷濃度高于0.02 mg/L時(shí)，對(duì)水體的富營(yíng)養(yǎng)化起到明顯的促進(jìn)作用[2]，因此，通過(guò)降低水體磷輸入，可以有效控制和預(yù)防水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生。

人工濕地技術(shù)因其具有投資運(yùn)行成本低、管理簡(jiǎn)便、處理效果較好、緩沖容量大且環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)正逐步應(yīng)用于農(nóng)村生活污水處理中[3]，以減少農(nóng)村面源氮、磷等污染物進(jìn)入水體。該技術(shù)利用濕地內(nèi)部基質(zhì)、植物及微生物的物理、化學(xué)和生物三重協(xié)同作用去除水體中的污染物，其中，磷的去除主要依靠濕地基質(zhì)的吸附及沉淀作用，貢獻(xiàn)率在70%～87%[4]。當(dāng)前，有關(guān)基質(zhì)吸附磷的研究多局限于單一基質(zhì)[5-7]，多種基質(zhì)的組合配比對(duì)磷吸附效果的影響研究較少[8]。對(duì)比不同基質(zhì)材料的磷吸附能力發(fā)現(xiàn)，作為建筑垃圾廢料的加氣混凝土碎料對(duì)磷的吸附性能優(yōu)良，去除率在97%以上，具有應(yīng)用潛力，但出水pH值偏高(pH值>9)[9]，不能滿足一般生活污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)限值，不利于直接應(yīng)用于實(shí)際工程中，需考慮摻混其他基質(zhì)材料調(diào)節(jié)出水pH，并保證混合基質(zhì)具有較好的除磷效果。礫石、河沙、沸石等天然材料以及陶粒等人造材料是目前人工濕地較為常見(jiàn)的基質(zhì)材料，它們來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，在實(shí)際工程中的應(yīng)用較多。此外，礫石還具有很高滲透性(滲透系數(shù)為3×10-4～2×10-2m/s)、安全且無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)；陶粒則具有高吸附能力和穩(wěn)定性，對(duì)微生物也表現(xiàn)出良好的親和性[10]；沸石有益于微生物的生長(zhǎng)，且Srinivasan等[11]發(fā)現(xiàn)，沸石和石灰石組合基質(zhì)比單獨(dú)使用某種材料更能有效地吸附磷。

因此，本研究以加氣混凝土、礫石、河沙、沸石和陶粒這5種基質(zhì)材料為研究對(duì)象，選擇除磷效果較好的不同特性材料制成混合基質(zhì)，探究基質(zhì)配比和環(huán)境條件對(duì)磷吸附效果的影響，并通過(guò)吸附動(dòng)力學(xué)研究，探討除磷過(guò)程，為人工濕地中混合基質(zhì)處理含磷污水提供理論支撐和實(shí)際應(yīng)用參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料

基質(zhì)：試驗(yàn)所用礫石、陶粒、河沙、沸石購(gòu)自無(wú)錫某建材市場(chǎng)，加氣混凝土為無(wú)錫某建材公司生產(chǎn)廢料。5種基質(zhì)均洗凈后置于105 ℃烘箱中烘干備用，基質(zhì)材料的X射線熒光分析儀(XRF)化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示。

表1 基質(zhì)材料化學(xué)成分分析Tab.1 Analysis of Chemical Component of Matrix Materials

磷溶液：用磷酸二氫鉀(分析純)配制質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的磷貯備液，后續(xù)試驗(yàn)根據(jù)需要，用去離子水稀釋成不同濃度使用。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

四川優(yōu)普超純科技有限公司純水機(jī)，F(xiàn)A2004B電子天秤，XMTD-8222烘箱，研缽，篩子，國(guó)華企業(yè)SHA-C恒溫?fù)u床，LD5-2 A離心機(jī)，STARTER300 pH計(jì)，Bluestar A可見(jiàn)光分光光度計(jì)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 單一基質(zhì)吸附等溫線試驗(yàn)

稱取粒徑10～20目的5種基質(zhì)材料各5 g于250 mL具塞錐形瓶中，分別加入150 mL、質(zhì)量濃度為5、15、30、50、80、120 mg/L的磷溶液，置于150 r/min、25 ℃的恒溫?fù)u床中振蕩，48 h后取上清液，并以3 500 r/min離心5 min，再取其上清液測(cè)定磷含量。試驗(yàn)設(shè)置3組平行，試驗(yàn)結(jié)果取均值。

1.2.2 基質(zhì)配比篩選試驗(yàn)

稱取5 g不同配比的混合基質(zhì)分別裝入250 mL具塞錐形瓶中，加入150 mL、質(zhì)量濃度為30 mg/L的磷溶液，置于150 r/min、25 ℃的恒溫?fù)u床中振蕩，于0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、9.0、12.0、24.0、36.0、48.0、72.0 h取上清液，并以3 500 r/min離心5 min，再取其上清液測(cè)定磷含量及pH。通過(guò)對(duì)比磷的吸附效果，確定混合基質(zhì)最佳配比。試驗(yàn)設(shè)置3組平行，試驗(yàn)結(jié)果取均值。

1.2.3 混合基質(zhì)吸附等溫線試驗(yàn)

選取1.2.2節(jié)除磷效果最佳的混合基質(zhì)為研究對(duì)象，準(zhǔn)備8個(gè)250 mL具塞錐形瓶，分別加入濃度為10、20、30、50、80、110、160、220 mg/L的磷溶液150 mL，每個(gè)錐形瓶中均加入5 g粒徑為10～20目的混合基質(zhì)，置于150 r/min、25 ℃的恒溫?fù)u床中連續(xù)振蕩36 h。振蕩完畢后，取上清液以3 500 r/min離心5 min，再取其上清液測(cè)定磷含量。試驗(yàn)設(shè)置3組平行，試驗(yàn)結(jié)果取均值。

1.2.4 混合基質(zhì)吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)

選取1.2.2節(jié)除磷效果最佳的混合基質(zhì)為研究對(duì)象，分別改變溫度(15、25、35 ℃)、磷溶液初始濃度(10、20、30、50、80 mg/L)、基質(zhì)粒徑(6～8 mm、10～20、40～70、150～300目)進(jìn)行吸附平衡試驗(yàn)，考察以上3個(gè)環(huán)境因素對(duì)混合基質(zhì)吸附除磷過(guò)程的影響。試驗(yàn)設(shè)置3組平行，試驗(yàn)結(jié)果取均值。

1.3 測(cè)定及計(jì)算方法

1.3.1 測(cè)定方法

磷含量采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893—1989)測(cè)定，數(shù)據(jù)用Excel和Origin 2018處理與繪制。

1.3.2 計(jì)算方法

混合基質(zhì)對(duì)磷的吸附量(Qe)、去除率(η)計(jì)算方法如式(1)、式(2)。

(1)

(2)

其中：Qe——吸附量，mg/g；

η——去除率；

C0——溶液中磷的初始濃度，mg/L；

Ce——溶液中磷的平衡濃度，mg/L；

V——溶液體積，mL；

m——混合基質(zhì)質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一基質(zhì)除磷效果比較

礫石、陶粒、河沙、沸石、加氣混凝土5種材料對(duì)溶液中磷的吸附等溫線如圖1所示。由圖1可知，隨著平衡濃度的增大，基質(zhì)對(duì)磷的吸附量亦增大。不同基質(zhì)材料對(duì)磷的吸附量存在差異，在磷質(zhì)量濃度相同時(shí)，5種基質(zhì)對(duì)磷的吸附量大小表現(xiàn)為：加氣混凝土?陶粒>礫石>河沙>沸石。條件下對(duì)磷的吸附等溫特征，估算基質(zhì)的理論飽和吸附容量，采用Langmuir和Freundlich等溫方程[12]對(duì)吸附平衡濃度和平衡吸附量之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如表2所示。

圖1 不同基質(zhì)材料對(duì)磷的等溫吸附曲線Fig.1 Isotherm Adsorption Curves of Phosphorus on Different Matrix Materials

為了更好地描述各種基質(zhì)在常溫[(25±0.2)℃]

表2 5種基質(zhì)材料對(duì)磷的等溫吸附模型參數(shù)Tab.2 Isothermal Adsorption Model Parameters of Phosphorus on Five Matrix Materials

Langmuir等溫吸附方程如式(3)。

(3)

Freundlich等溫吸附方程如式(4)。

lnQe=nlnCe+lnKF

(4)

其中：Ce——吸附平衡時(shí)溶液的濃度，mg/L；

Qe——吸附平衡時(shí)的吸附量，mg/g；

Qm——Langmuir理論飽和吸附量，mg/g；

KL、KF、n——吸附平衡常數(shù)，n一般在0～1。

根據(jù)Langmuir模型擬合結(jié)果，加氣混凝土對(duì)磷的吸附效果最好，最大吸附量Qm達(dá)到3.702 5 mg/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他4種基質(zhì)材料。KL為吸附結(jié)合能，反映基質(zhì)與磷酸根之間結(jié)合的牢固程度，KL越大，磷越不易從基質(zhì)上解析出來(lái)[13]。加氣混凝土對(duì)磷的吸附最牢固，其次是沸石，河沙和礫石比較接近，陶粒與磷之間的結(jié)合力最弱，吸附的磷容易被再次釋放。Freundlich等溫吸附方程中的KF反映了基質(zhì)對(duì)磷的吸附能力，KF越大，基質(zhì)對(duì)磷的吸附能力和吸附量越大[14]。5種基質(zhì)材料KF從大到小依次為：加氣混凝土?陶粒>礫石>河沙>沸石，與Langmuir模型擬合結(jié)果一致。結(jié)合試驗(yàn)和等溫吸附方程擬合結(jié)果可以判斷，5種基質(zhì)對(duì)磷的去除效果由強(qiáng)至弱分別是加氣混凝土、陶粒、礫石、河沙和沸石。

2.2 基質(zhì)配比除磷效果比較

除磷效果為優(yōu)先考慮因素，依次采用磷吸附效果好的材料對(duì)加氣混凝土進(jìn)行pH改良?？紤]濕地生態(tài)功能[15]、出水水質(zhì)[16]，目標(biāo)pH值為弱堿性(8.5以下)，首先選用陶粒，但與加氣混凝土均為輕質(zhì)材料，還需考慮依次引入容重較大的礫石材料解決濕地應(yīng)用的抗浮問(wèn)題。因此，選用加氣混凝土、陶粒、礫石按照不同配比制成混合基質(zhì)，其中，陶粒和礫石采用等比例，基質(zhì)配比如表3所示。

混合基質(zhì)對(duì)磷的吸附量隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化、去除率及溶液pH結(jié)果如圖2所示。由圖2(a)可知，

表3 混合基質(zhì)配比情況Tab.3 Ratio of Mixed Matrix

注：以質(zhì)量比計(jì)

圖2 不同配比的混合基質(zhì)吸附磷平衡曲線(a)和除磷效果(b)Fig.2 Phosphorus Adsorption Equilibrium Curves (a) and Phosphorus Removal Effect (b) of Mixed Matrices with Different Ratios

(5)

由圖2(b)還可知，加氣混凝土、陶粒、礫石按1∶0∶0、4∶1∶1、3∶1∶1、2∶1∶1、1∶1∶1、0∶1∶1配制的混合基質(zhì)吸附平衡pH值依次為9.21、8.63、8.46、8.35、8.21、7.07，出水pH得到了明顯的調(diào)節(jié)。楊子等[19]對(duì)陶粒和礫石性能研究結(jié)果也表明它們對(duì)pH具有緩沖性。說(shuō)明，這3種基質(zhì)混合方案行之有效，既可以保證除磷效率，又能降低出水pH。出水pH在弱堿性范圍內(nèi)，混合基質(zhì)ACG311對(duì)磷的去除效果最好，因此，選擇ACG311進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)研究。

2.3 混合基質(zhì)吸附等溫線

為估算混合基質(zhì)ACG311的理論飽和吸附容量，利用Langmuir和Freundlich等溫方程對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，如圖3、表4所示。

圖3給出了常溫條件下混合基質(zhì)的Langmuir和Freundlich等溫線擬合圖，表4則列出了擬合參數(shù)與相關(guān)系數(shù)。Langmuir等溫吸附方程是依據(jù)單分子層吸附模型推導(dǎo)獲得的方程，F(xiàn)reundlich等溫吸附方程是建立在吸附劑于多相表面吸附基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)吸附模型。從擬合的相關(guān)系數(shù)(R2)來(lái)看，Langmuir等溫吸附方程和Freundlich等溫吸附方程均能較好地模擬混合基質(zhì)吸附磷這一反應(yīng)過(guò)程，相關(guān)系數(shù)均大于0.9，但相較而言，Langmuir方程的擬合效果更好，說(shuō)明ACG311對(duì)磷的吸附以單層吸附為主，且被吸附分子間互不影響。由Langmuir等溫吸附方程擬合結(jié)果可知，該混合基質(zhì)對(duì)磷的最大吸附容量為3.015 7 mg/g，KL=1.111 3，為正值，說(shuō)明該吸附反應(yīng)能在常溫下自發(fā)進(jìn)行。Freundlich等溫吸附方程中的n反映基質(zhì)的吸附強(qiáng)度，當(dāng)n=0.1～0.5時(shí)，容易吸附；當(dāng)n>2時(shí)，難于吸附[20]。由Freundlich等溫吸附方程擬合結(jié)果可知，n=0.502 7，說(shuō)明混合基質(zhì)ACG311較易吸附磷。

圖3 混合基質(zhì)ACG311對(duì)磷的Langmuir(a)和Freundlich(b)吸附等溫線Fig.3 Langmuir (a) and Freundlich (b) Adsorption Isothermal Curves for Phosphorus Adsorption on ACG311

表4 混合基質(zhì)ACG311對(duì)磷的吸附等溫方程及其相關(guān)參數(shù)Tab.4 Langmuir and Freundlich Isotherms for Phosphorus Adsorption on ACG311

2.4 除磷影響因素

2.4.1 溫度

混合基質(zhì)ACG311于不同溫度下對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程如圖4所示。隨著溫度的升高，ACG311對(duì)磷的吸附量逐漸增大，說(shuō)明ACG311磷吸附是一個(gè)吸熱過(guò)程，適當(dāng)升溫有助于提高基質(zhì)對(duì)磷的吸附效果。35 ℃時(shí)，ACG311對(duì)磷酸根的飽和吸附量高達(dá)0.886 mg/g。溫度對(duì)ACG311吸附能力的影響體現(xiàn)在吸附作用的兩個(gè)階段，即顆粒的外擴(kuò)散階段與內(nèi)擴(kuò)散階段。在ACG311吸附除磷過(guò)程中，ACG311表面形成了一層液膜，溶液中的磷首先要克服液膜阻力擴(kuò)散至基質(zhì)外表面，然后才能進(jìn)一步向基質(zhì)內(nèi)部孔隙擴(kuò)散。升高溫度，溶液中的分子運(yùn)動(dòng)加快，其克服基質(zhì)表面液膜阻力的能力得到提升，溶液中更多的磷酸根穿過(guò)液膜到達(dá)基質(zhì)表面，并繼續(xù)向基質(zhì)內(nèi)部微孔遷移，導(dǎo)致基質(zhì)有效吸附位點(diǎn)增多，表現(xiàn)為吸附容量增大。

圖4 不同溫度下混合基質(zhì)ACG311的吸附除磷動(dòng)力學(xué)特征Fig.4 Kinetic Characteristics of Phosphorus Removal by ACG311 at Different Temperatures

2.4.2 初始溶液濃度

混合基質(zhì)ACG311于不同初始溶液濃度下對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程如圖5所示。由圖5可知，不同初始溶液濃度下，ACG311對(duì)磷的吸附均表現(xiàn)出“快速吸附、緩慢平衡”的特點(diǎn)。相同條件下，初始磷濃度越高，ACG311對(duì)磷的吸附量越大。當(dāng)溶液濃度從10 mg/L增大到20、30、50、80 mg/L時(shí)，磷的最大吸附量從0.297 mg/g分別增加到0.587、0.867、1.346、2.487 mg/g，相應(yīng)地提高了1.98倍、2.92倍、4.53倍、8.37倍，因此，溶液濃度是影響基質(zhì)吸附除磷的重要因素之一。初始濃度的增加使得溶液中的磷酸根離子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ACG311溶出的鈣離子濃度，促進(jìn)Ca-P、Al-P化合物的沉淀，同時(shí)，溶液本體與基質(zhì)外表面液膜間的濃度差增大，使得磷酸根遷移至基質(zhì)表面的推動(dòng)力增大，從而增加了對(duì)磷的去除。由圖5還可知：溶液磷濃度為10 mg/L時(shí)，吸附平衡時(shí)間約為9 h；溶液磷濃度為20、30、50 mg/L時(shí)，吸附平衡時(shí)間約為24 h；溶液磷濃度為80 mg/L時(shí)，則需要36 h才能到達(dá)平衡狀態(tài)。溶液濃度越高，吸附進(jìn)行越緩慢，到達(dá)吸附平衡所需時(shí)間越久，這一研究結(jié)論與李可等[21]燃煤爐渣、海蠣殼等4種基質(zhì)的磷吸附行為、周光紅等[22]粉煤灰的磷吸附性能的研究結(jié)論相一致。

圖5 不同溶液濃度下混合基質(zhì)ACG311的吸附除磷動(dòng)力學(xué)特征Fig.5 Kinetic Characteristics of Phosphorus Removal by ACG311 with Different Solution Concentration

2.4.3 粒徑

粒徑對(duì)混合基質(zhì)ACG311吸附磷酸鹽效果的影響如圖6所示。由圖6可知：當(dāng)粒徑在6～8 mm時(shí)，ACG311對(duì)磷酸鹽的最大吸附量約為0.825 mg/g；當(dāng)粒徑在10～20目時(shí)，ACG311對(duì)磷酸鹽的最大吸附量增加至0.867 mg/g左右；當(dāng)繼續(xù)減小基質(zhì)粒徑至40～70、150～300目時(shí)，ACG311對(duì)磷酸鹽的最大吸附量幾乎沒(méi)有變化。因此，在一定范圍內(nèi)適當(dāng)減小粒徑可以略微提高ACG311對(duì)磷酸鹽的吸附能力。整體而言，粒徑大小對(duì)混合基質(zhì)ACG311磷平衡吸附量影響較小。出現(xiàn)該結(jié)果可能是因?yàn)樘樟：图託饣炷猎诨旌匣|(zhì)ACG311中的占比很大，其本身就是比表面積和孔隙率較大的多孔物質(zhì)，因此，該混合基質(zhì)和溶液的接觸面積與基質(zhì)粒徑之間的關(guān)系較小。由圖6還可知，在吸附反應(yīng)初始階段，不同粒徑下混合基質(zhì)ACG311對(duì)磷酸鹽的吸附量均迅速增加。其中，150～300、40～70目和10～20目ACG311的吸附動(dòng)力學(xué)曲線斜率較大，基本在24 h內(nèi)達(dá)到吸附平衡；而6～8 mm ACG311對(duì)磷的吸附過(guò)程較為平緩，36 h時(shí)基本達(dá)到平衡狀態(tài)。表明，粒徑對(duì)ACG311吸附除磷速率影響較大。

圖6 不同粒徑下混合基質(zhì)ACG311的吸附除磷動(dòng)力學(xué)特征Fig.6 Kinetic Characteristics of Phosphorus Removal by ACG311 with Different Particle Sizes

2.4.4 吸附動(dòng)力學(xué)分析

為考察溫度、溶液初始濃度和基質(zhì)粒徑對(duì)基質(zhì)吸附除磷過(guò)程的影響，分別利用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合與分析，結(jié)果如表5所示。

一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型方程如式(6)。

Qt=Qe(1-e-k1t)

(6)

準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型方程如式(7)。

(7)

其中：t——反應(yīng)時(shí)間，h；

Qt——t時(shí)刻基質(zhì)對(duì)磷的吸附量，mg/g；

Qe——基質(zhì)對(duì)磷的平衡吸附量，mg/g；

k1——一級(jí)動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)，h-1；

k2——準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)，g/(mg·h)。

由表5可知，一級(jí)動(dòng)力學(xué)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)混合基質(zhì)ACG311的吸附除磷動(dòng)力學(xué)過(guò)程都表現(xiàn)出了較好的擬合度，但從相關(guān)系數(shù)來(lái)看，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)該反應(yīng)過(guò)程的描述更準(zhǔn)確，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.98以上。觀察不同條件下的擬合參數(shù)k和Qe可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)溫度增大時(shí)，k和Qe均不斷增大，35 ℃時(shí)k最大，且相較于15 ℃時(shí)提高了近兩倍，由此可知，升高溫度可以提高ACG311對(duì)磷的吸附速率；當(dāng)溶液濃度提高時(shí)，Qe不斷增大但k不斷減小，當(dāng)溶液初始磷濃度為80 mg/L時(shí)，兩種模型的吸附速率常數(shù)k都是最小的，說(shuō)明隨著磷溶液濃度的增大，基質(zhì)的平衡吸附量雖然增加，但ACG311對(duì)磷的吸附速率卻逐漸減緩，導(dǎo)致去除率也會(huì)隨之降低；當(dāng)基質(zhì)粒徑增大時(shí)，吸附速率常數(shù)降低，平衡吸附容量隨之略有增加，總體上變化不大。此外，通過(guò)準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算出的不同條件下的平衡吸附量Qe與實(shí)測(cè)值Qe(exp)相比較，擬合值Qe略微偏大，但誤差基本在10%以內(nèi)，表明運(yùn)用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程估算不同條件下ACG311對(duì)溶液中磷的平衡吸附量是可行的。

表5 不同條件下混合基質(zhì)ACG311磷吸附動(dòng)力學(xué)方程及相關(guān)參數(shù)Tab.5 Kinetic Equation and Related Parameters of Phosphorus Adsorption on ACG311 under Different Conditions

2.5 不同基質(zhì)除磷效果與經(jīng)濟(jì)比較

將上述試驗(yàn)確定的最佳混合基質(zhì)ACG311應(yīng)用于落干式人工濕地的小試試驗(yàn)，前期試驗(yàn)采用人工配水，濕地種植韭菜、辣椒、生菜等經(jīng)濟(jì)植物。濕地經(jīng)一段時(shí)間的運(yùn)行，各經(jīng)濟(jì)植物生長(zhǎng)狀態(tài)良好。為更好地評(píng)估其應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)將其與其他濕地基質(zhì)對(duì)磷的吸附效果、經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行對(duì)比，如表6所示。

由表6可知：從濕地除磷效果來(lái)看，玉米秸稈生物炭或多種材料組合基質(zhì)人工濕地對(duì)磷的去除率明顯高于石灰石或石膏基質(zhì)人工濕地；從濕地基質(zhì)經(jīng)濟(jì)成本來(lái)看，生物炭人工濕地經(jīng)濟(jì)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他基質(zhì)人工濕地，不宜在實(shí)際工程中規(guī)?；瘧?yīng)用，而加氣混凝土(60%)、礫石(20%)、陶粒(20%)構(gòu)建的混合基質(zhì)ACG311經(jīng)濟(jì)成本最低，這主要是由于廢棄的加氣混凝土無(wú)購(gòu)置成本。總的來(lái)說(shuō)，將加氣混凝土作為人工濕地基質(zhì)既可以解決該廢料的處置問(wèn)題，是一種變廢為寶的資源化利用，又可以降低人工濕地建設(shè)成本。另外，混合基質(zhì)ACG311對(duì)磷的吸附容量較大，農(nóng)村生活污水磷含量較低且水量小，該混合基質(zhì)在短期內(nèi)不會(huì)達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，一般不會(huì)產(chǎn)生二次污染問(wèn)題。因此，混合基質(zhì)ACG311在污水處理中具有較好的實(shí)際應(yīng)用前景。

表6 人工濕地基質(zhì)除磷效果及經(jīng)濟(jì)比較Tab.6 Effect and Economic Comparison of Substrate Phosphorus Removal in Constructed Wetland

3 結(jié)論

(1)5種常見(jiàn)基質(zhì)對(duì)磷的吸附能力從大到小依次為：加氣混凝土?陶粒>礫石>河沙>沸石，不同配比的混合基質(zhì)對(duì)磷的去除效果存在差異性，以出水pH值弱堿性(<8.5)為前提時(shí)，加氣混凝土、陶粒、礫石按質(zhì)量比3∶1∶1制得的混合基質(zhì)ACG311對(duì)溶液中磷的去除效果最佳。

(2)混合基質(zhì)ACG311對(duì)磷的吸附等溫特征均可用Langmuir和Freundlich方程擬合，Langmuir等溫模型擬合效果較好，對(duì)磷的最大吸附容量為3.015 7 mg/g，且在常溫下能自發(fā)進(jìn)行。

(3)增加溶液磷初始濃度、適當(dāng)升高溫度和減小基質(zhì)粒徑，有助于提高混合基質(zhì)ACG311對(duì)磷的平衡吸附容量。

(4)動(dòng)力學(xué)模型擬合結(jié)果表明，溫度越高或溶液磷初始濃度越低，動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)越大，吸附作用進(jìn)行越快，吸附平衡所需時(shí)間越短。就相關(guān)系數(shù)而言，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)該反應(yīng)過(guò)程的描述更準(zhǔn)確。

(5)通過(guò)基質(zhì)復(fù)配可以對(duì)基質(zhì)吸附進(jìn)行調(diào)節(jié)并保持較好的吸附特性，可將廢棄加氣混凝土和廉價(jià)、常見(jiàn)材料礫石、陶粒構(gòu)建混合基質(zhì)系統(tǒng)，具有低成本、資源化優(yōu)勢(shì)，在污水處理中具有較好的應(yīng)用前景。