用于人工濕地的基質(zhì)凈水除磷靜態(tài)實(shí)驗(yàn)與滲流模擬綜合研究*

王迪，王明玉

(中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 北京 100049)(2019年4月4日收稿； 2019年7月15日收修改稿)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，部分水體富營養(yǎng)化情況嚴(yán)重，導(dǎo)致其不再適合飲用或水產(chǎn)養(yǎng)殖。據(jù)Liebig最小定律，磷常被視為水體富營養(yǎng)化與藻類爆發(fā)的主要誘導(dǎo)因素之一[1-2]。在水體的生態(tài)修復(fù)中，作為一種有效替代傳統(tǒng)水處理的方法，人工濕地系統(tǒng)由于其出水水質(zhì)好、建設(shè)成本低、能耗低、易于操作及維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。人工濕地是主要利用基質(zhì)、植物、微生物三重協(xié)同作用有效降低水體磷污染負(fù)荷[3-4]的人工建造并控制運(yùn)行的系統(tǒng)，其中，基質(zhì)的吸附作用被認(rèn)為是除磷的主要機(jī)制[5]。同時(shí)，相關(guān)研究與工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，人工濕地基質(zhì)除磷普遍存在去除效率不斷下降的問題。不同基質(zhì)吸附能力不同，有效運(yùn)行時(shí)間不同，加之微生物作用對(duì)不同污染特征的水體除磷能力也各異，因此不同基質(zhì)不同水質(zhì)的基質(zhì)除磷效率很難僅根據(jù)理論研究成果直接設(shè)計(jì)人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)，給基質(zhì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與人工濕地維護(hù)帶來不確定性。迄今為止，對(duì)人工濕地基質(zhì)的吸附除磷過程與除磷效率問題，基質(zhì)的靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)有大量研究報(bào)道[6-7]，在實(shí)驗(yàn)室砂箱或野外實(shí)際工程尺度也有不少研究與報(bào)道[8]，但將二者緊密結(jié)合，明確人工濕地不同構(gòu)建基質(zhì)的吸附除磷機(jī)制與主次及整體除磷效率，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)優(yōu)化，達(dá)到更長期有效運(yùn)行，這方面的研究卻少有報(bào)道，尤其是針對(duì)缺少碳源的微污染含磷水體的凈水除磷則更有必要深入研究。

為有效解決人工濕地基質(zhì)除磷普遍存在的去除率不斷下降問題及基質(zhì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與維護(hù)問題，需針對(duì)不同介質(zhì)掌握其對(duì)具體含磷污水的吸附特性及實(shí)際去磷效果的演變趨勢(shì)與規(guī)律?；谶m用性、經(jīng)濟(jì)性、易得性原則，本文選取人工濕地可選用的除磷性能較好的1～2、2～4、4～8 mm這3種粒徑的沸石、麥飯石、磁鐵礦基質(zhì)，首先通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究其對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)過程和等溫吸附特征，并考察不同基質(zhì)和粒徑對(duì)吸附磷的影響。進(jìn)而選取三者中磷吸附性能最好的沸石進(jìn)行去磷的砂箱滲流模擬試驗(yàn)，以模擬獲取潛流濕地的基質(zhì)除磷凈化效果。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)基質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用沸石、麥飯石和磁鐵礦均來源于河南省鞏義市，粒徑分為1～2、2～4和4～8 mm共3種。3種基質(zhì)組成成分如下：沸石(MgO 1.4%、 Fe2O31.8%、 Al2O314%)；麥飯石(MgO 0.65%、 Fe2O31.6%、 Al2O317.74%)；磁鐵礦(Fe2O34.5%、 Al2O30.32%)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 基質(zhì)對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

分別稱取2～4 mm沸石、麥飯石和磁鐵礦各1 g于50 mL離心管中，加入40 mL質(zhì)量濃度為50 mg/L的KH2PO4溶液。分別在每個(gè)離心管中加入3滴氯仿防止微生物活動(dòng)，然后置于溫度為25 ℃、轉(zhuǎn)速為175 r/min的恒溫振蕩器中連續(xù)震蕩。時(shí)隔0.5、 1、 1.5、 2、 4、 6、 8、 10、 12、 14、 16、 18、 20、 22、 24 h后在5 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心5 min，采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定上清液中磷的濃度，所有實(shí)驗(yàn)都同時(shí)進(jìn)行2個(gè)平行實(shí)驗(yàn)，以減少偶然誤差。吸附量的計(jì)算如下(下同)：

(1)

其中：C0為初始磷質(zhì)量濃度(mg/L)；Ce為上清液中磷質(zhì)量濃度(mg/L)；m為基質(zhì)投加量(kg)；V為水樣體積(L)。

1.2.2 基質(zhì)對(duì)磷的等溫吸附靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

分別稱取3種粒徑的3種基質(zhì)(共9種樣品)各1 g于50 mL離心管中，在每種樣品中分別加入質(zhì)量濃度梯度為1、5、10、20、40、100、150、200、250、300、350和400 mg/L(以P計(jì)，下同)的KH2PO4溶液40 mL。分別在每個(gè)離心管中加入3滴氯仿防止微生物活動(dòng)，然后置于恒溫?fù)u床中以175 r/min、溫度25 ℃震蕩24 h。最后在5 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心，采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定上清液中磷的濃度，用式(1)計(jì)算吸附量。

1.2.3 粒徑對(duì)基質(zhì)吸附量影響的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

分別稱取3種粒徑的3種基質(zhì)(共9種樣品)各1 g于50 mL離心管中，在每種樣品中分別加入質(zhì)量濃度為3 mg/L(以P計(jì)，下同)的KH2PO4溶液40 mL。分別在每個(gè)離心管中加入3滴氯仿防止微生物活動(dòng)，然后置于溫度為25 ℃、轉(zhuǎn)速為175 r/min的恒溫振蕩器中連續(xù)震蕩24 h。最后在5 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心，采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定上清液中磷的濃度，用式(1)計(jì)算吸附量。

1.2.4 基質(zhì)除磷效果的砂箱物理模型滲流模擬試驗(yàn)

1)滲流模擬試驗(yàn)概況

利用砂箱物理模型對(duì)基質(zhì)除磷進(jìn)行小試模擬試驗(yàn)研究，砂箱采用有機(jī)玻璃制成，長、寬、高分別為96、56、40 cm，其中，兩邊各有寬為8 cm的窄型水槽，高度分別為67、57 cm，見圖1。水槽隔板上均勻分布著直徑為0.5 cm的布水孔，并固定2層30目的濾網(wǎng)，阻止中間部分的基質(zhì)進(jìn)入水槽。含水層中水流流速通過調(diào)整兩端水槽水位差來實(shí)現(xiàn)，并在砂箱一側(cè)設(shè)有16個(gè)取樣口。在砂箱中自下而上依次填充10 cm厚的粒徑為4～8、2～4、1～2、0.5～1 mm的天然沸石。

圖1 試驗(yàn)用砂箱示意圖Fig.1 Schematic of the experimental sand box

2)試驗(yàn)步驟

注入自來水(不含磷)，待形成穩(wěn)定的飽和帶后，用蠕動(dòng)泵以0.06 m3/d速率向左側(cè)布水區(qū)連續(xù)輸入3 mg/L的含磷溶液(實(shí)際人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水磷質(zhì)量濃度一般在1～6 mg/L，該濃度有一定代表性)，砂箱水力梯度保持0.001 9，為穩(wěn)定滲流場(chǎng)，保持水力停留時(shí)間(HRT)4層平均值為24 h，總磷表面負(fù)荷為0.4 g/(m2·d)(一般實(shí)際人工濕地設(shè)計(jì)負(fù)荷為0.3～0.5 g/(m2·d))。運(yùn)行后前半個(gè)月每3 d取樣一次，之后一個(gè)半月每周取樣一次。

1.3 吸附除磷模型的初選

一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程可以描述溶液濃度與吸附時(shí)間之間的關(guān)系，簡單表示為

lnCt=a-kt，

(2)

適用于由擴(kuò)散步驟控制的動(dòng)力學(xué)過程。

雙常數(shù)方程可以描述吸附量與吸附時(shí)間之間的關(guān)系，簡單表示為

lnQ=a+klnt，

(3)

適用于非均相復(fù)雜反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程。

Elovich方程可以描述吸附量與吸附時(shí)間之間的關(guān)系，簡單表示為

Q=a+klnt，

(4)

適用于反應(yīng)過程中活化能變化較大和一些多界面的動(dòng)力學(xué)過程。

以上各式中：Ct為t時(shí)刻溶液的濃度(mg/L)，t為反應(yīng)時(shí)間(h),Q為吸附量(mg/kg)，a和k為動(dòng)力學(xué)常數(shù)。

在固定的溫度條件下，一定時(shí)間后，水中顆粒物對(duì)溶質(zhì)的吸附達(dá)到平衡。本文采用Henry方程、Freundlich方程和Langmuir方程表征顆粒物表面的吸附量與溶液中溶質(zhì)平衡濃度之間的關(guān)系。

3.2.1防治時(shí)期最佳時(shí)間為秋蠶飼養(yǎng)采葉結(jié)束后至落葉前，越早越好。充分利用晴好無風(fēng)天氣，在露水干后進(jìn)行。

Henry方程表達(dá)式為

Q=kc，

(5)

Freundlich方程表達(dá)式為

Q=kc1/n，

(6)

Langmuir方程表達(dá)式為

Q=Q0c/(A+c)，

(7)

其中：Q為顆粒物表面的吸附量(mg/kg)；c為溶液中溶質(zhì)的平衡濃度(mg/L)；Q0為單位表面上達(dá)到飽和時(shí)間的最大吸附量(mg/kg)；k、n、A為常數(shù)。

1.4 分析方法

吸附動(dòng)力學(xué)過程與粒徑對(duì)吸附量的影響采用Origin 8.0進(jìn)行分析，滲流模擬試驗(yàn)中磷平均濃度的沿程變化采用ArcGIS 10.1 中的kriging 插值方法獲得。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附動(dòng)力學(xué)模型分析

2.1.1 吸附動(dòng)力學(xué)過程描述

根據(jù)各基質(zhì)對(duì)磷的動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制3種基質(zhì)的吸附動(dòng)力學(xué)曲線，見圖2。由圖2可以看出，各基質(zhì)對(duì)磷的吸附均包括快速吸附、緩慢吸附和逐漸平衡3個(gè)過程。磁鐵礦、麥飯石、沸石依次在10、12、16 h時(shí)達(dá)到平衡，之后隨時(shí)間的吸附量波動(dòng)較小，并且最大吸附量越大所需的飽和時(shí)間越長。在達(dá)到吸附飽和的時(shí)間內(nèi)，前半段屬于快速吸附階段，后半段屬于緩慢吸附階段，這表明基質(zhì)的表面都存在高中低能量的吸附位點(diǎn)[9]。并且在相同時(shí)間內(nèi)，3種基質(zhì)的吸附量從大到小均表現(xiàn)出：沸石、麥飯石、磁鐵礦。這表明，吸附量越大的基質(zhì)與溶質(zhì)的傳質(zhì)力越強(qiáng)。

圖2 不同基質(zhì)的吸附動(dòng)力學(xué)特征Fig.2 Adsorption kinetics of different substrates

2.1.2 基質(zhì)吸附磷的動(dòng)力學(xué)模型擬合情況

吸附動(dòng)力學(xué)模型能夠在一定程度上反映基質(zhì)的吸附除磷機(jī)理，為研究吸附過程和分析吸附原理提供依據(jù)。吸附質(zhì)在吸附劑多孔表面被吸附的過程分為4步：1)污染物從主體溶液擴(kuò)散到由于水化作用在吸附劑表面形成的水膜表面；2)污染物克服液膜阻力并穿過液膜到達(dá)吸附劑表面；3)污染物從顆粒外表面擴(kuò)散到顆粒內(nèi)表面吸附位；4)污染物在活性位上發(fā)生吸附反應(yīng)。

應(yīng)用3種吸附動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)3種基質(zhì)吸附除磷動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。從相關(guān)系數(shù)來看，雙常數(shù)方程、Elovich方程均能較好地描述基質(zhì)吸附磷的動(dòng)力學(xué)過程，相關(guān)系數(shù)均達(dá)0.85以上；一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合效果較差。這表明，基質(zhì)對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)并不是一個(gè)簡單的一級(jí)反應(yīng)，而是由反應(yīng)速率和擴(kuò)散因子綜合控制的過程[10]。比較而言，Elovich方程模型對(duì)3種基質(zhì)吸附動(dòng)力學(xué)過程的描述最為準(zhǔn)確。在Elovich方程中，a表示初始吸附速率常數(shù)，k是與吸附劑表面覆蓋程度及化學(xué)吸附活化能有關(guān)的參數(shù)，結(jié)合圖1來看，飽和吸附量越大，其初始吸附速率越大，基質(zhì)表面影響化學(xué)吸附的活化能越大。

表1 吸附過程的動(dòng)力學(xué)模型擬合參數(shù)Table 1 Fitting parameters of the kinetic models for adsorption process

2.2 基質(zhì)磷素吸附等溫線擬合情況

吸附等溫線在一定程度上反映吸附劑與吸附物的特性。從表2可以看出，Langmuir方程能夠更好地描述人工濕地基質(zhì)對(duì)磷的吸附過程，擬合系數(shù)均達(dá)0.99以上。這也說明，基質(zhì)吸附磷的過程更符合單分子層吸附理論，且顆粒表面較為均勻，即表面上各個(gè)晶格位置的吸附能力相同，這與相關(guān)的研究[11]結(jié)論相一致。Freundlich方程能夠較好地描述此吸附過程，擬合系數(shù)均達(dá)0.95以上。Henry方程對(duì)此吸附過程的刻畫擬合相對(duì)較差，擬合系數(shù)相對(duì)于前兩者來看相對(duì)較低。

表2 吸附過程的等溫吸附模型擬合參數(shù)Table 2 Fitting parameters of the isothermal adsorption models for the phosphorus adsorption process

Langmuir方程中，A為吸附量達(dá)到Q0/2時(shí)溶液的平衡溶度。并且可知，3種基質(zhì)磷素理論飽和吸附量大小順序依次為沸石(5 122.0 mg/kg)、麥飯石(4 169.1 mg/kg)、磁鐵礦(3 126.3 mg/kg)。

在Henry型等溫式中，k表示分配系數(shù)，即假定溶質(zhì)在吸附劑與溶液之間按固定比值進(jìn)行吸附。由此可知，同種粒徑的情況下，沸石對(duì)磷的吸附比例最大，麥飯石次之，磁鐵礦最小。

在Freundlich型等溫式中，k值大致表示吸附能力的強(qiáng)弱，k值越大，對(duì)磷的吸附能力就越強(qiáng)[12]。相同粒徑時(shí)，3種基質(zhì)k值大小依次為沸石、麥飯石、磁鐵礦，這與吸附等溫模型的結(jié)論一致。

2.3 基質(zhì)粒徑及基質(zhì)成分組成對(duì)除磷效果的影響

3種不同粒徑的沸石、麥飯石和磁鐵礦對(duì)磷的吸附效果如圖3所示。3種基質(zhì)均表現(xiàn)出，粒徑為1～2 mm的基質(zhì)對(duì)磷的吸附量最高，2～4 mm的次之，4～8 mm的最低，即隨著基質(zhì)粒徑的減小，對(duì)磷的吸附量逐漸增大?；|(zhì)粒徑越小，其比表面積越大，與溶液中磷接觸的機(jī)會(huì)越多[13]，吸附質(zhì)的傳質(zhì)速率越大[14]，更有利于基質(zhì)與磷發(fā)生吸附作用。相關(guān)研究也表明，基質(zhì)的粒徑與吸附量呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系[2, 15-17]。

圖3 不同粒徑基質(zhì)除磷吸附量比較Fig.3 Comparison of adsorption capability for phosphorus among the various substrates with different particle sizes

特別需要指出的是，粒徑對(duì)沸石除磷吸附量的影響較大，隨著粒徑從4～8 mm降低到1～2 mm，除磷吸附量從26.47 mg/kg提升到46.46 mg/kg；但值得注意的是，不同基質(zhì)其影響有一定差異，相對(duì)而言，粒徑的減小對(duì)麥飯石和磁鐵礦的除磷吸附量提升較小，僅使其除磷吸附量分別提高16.57和9.32 mg/kg。此外，在相同粒徑的情況下，3種基質(zhì)對(duì)磷的吸附量大小表現(xiàn)一致，從大到小均為沸石、麥飯石、磁鐵礦。這與基質(zhì)理化性質(zhì)相關(guān)，Mg、Fe和Al等元素是促進(jìn)磷吸收的重要指標(biāo)[18]，通過形成Mg-P、Fe-P和Al-P體系降低磷的有效性[19]。由3種基質(zhì)中Mg、Fe和Al的含量可知，沸石中MgO的含量為1.4%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于另外兩種基質(zhì)，沸石和麥飯石中Al2O3含量比磁鐵礦中高出40多倍，依次為14%和17.74%。比較而言，Mg和Al所形成的結(jié)合體系對(duì)磷有效性的降低更為顯著，Mg和Al含量的增加明顯地提升了磷的去除效率。在相關(guān)的基質(zhì)吸附磷的性能研究中[20]，與本實(shí)驗(yàn)的同種基質(zhì)吸附性能差別較大，但并未給出相關(guān)成分具體含量，因此，在選用基質(zhì)時(shí)，對(duì)不同基質(zhì)進(jìn)行理化參數(shù)檢測(cè)顯得至關(guān)重要。

2.4 基質(zhì)除磷砂箱物理模型滲流模擬試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

將實(shí)驗(yàn)第一個(gè)月所測(cè)得的每個(gè)取樣點(diǎn)的磷質(zhì)量濃度取平均值，并利用ArcGIS所做的砂箱磷平均濃度沿程變化如圖4所示。由圖4可知，在垂向上自下而上隨著基質(zhì)粒徑的減小，磷濃度逐漸降低，即更多的磷素被從水中去除，且濃度分布呈較明顯的層狀分布，這與砂箱層狀鋪設(shè)的方式表現(xiàn)出較大的相關(guān)性，也再次證明基質(zhì)的粒徑與吸附量呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。水平方向上，磷濃度基本呈現(xiàn)推流式遞減。

圖4 磷平均質(zhì)量濃度沿程變化圖Fig.4 Change in the phosphorus mean concentrations along the flow path

砂箱中各層(自上而下依次為第1到第4層)實(shí)際去除率如圖5所示。根據(jù)基質(zhì)吸附靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)基質(zhì)Langmuir吸附理論，計(jì)算對(duì)應(yīng)進(jìn)水磷質(zhì)量濃度為3 mg/L的基質(zhì)最大理論吸附量，根據(jù)各層水流通量及磷監(jiān)測(cè)濃度，可獲得各層已有最大吸附量，據(jù)此估算針對(duì)進(jìn)水磷質(zhì)量濃度保持為3 mg/L時(shí)底部3層不同粒度基質(zhì)吸附除磷理論去除率(圖中虛線)。從圖5可以看出，不同粒徑的沸石基質(zhì)吸附除磷及總體除磷效率呈現(xiàn)較大差異，但各粒徑沸石基質(zhì)的總體除磷效率具有波動(dòng)現(xiàn)象，總體呈先上升再明顯下降趨勢(shì)。由于在無植物種植的人工濕地系統(tǒng)中磷的去除只來自于基質(zhì)吸附與微生物或微生物膜除磷，并且靜態(tài)實(shí)驗(yàn)中所體現(xiàn)的吸附效果為去除微生物干擾的基質(zhì)本身的除磷特性，總體除磷效率明顯高出理論吸附去除效率，以及初期的磷去除率升高及波狀變化特征等，這些都表明，在無外加碳源的微污染含磷水體除磷凈化中，除明顯的吸附除磷機(jī)制，微生物或微生物膜除磷作用也可產(chǎn)生相當(dāng)?shù)娜チ仔Ч＜瓷跋涿繉涌側(cè)コ逝c基質(zhì)吸附去除率差值代表微生物膜對(duì)去除率的貢獻(xiàn)估值。由圖5可知，砂箱中磷的實(shí)際去除率總體上自第4層到第1層隨著基質(zhì)粒徑的減小而逐漸增大，F(xiàn)reundlich方程中的k值代表對(duì)磷吸附能力的強(qiáng)弱，而從前面等溫吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，4～8、2～4和1～2 mm沸石的k值依次為61.07、101.63和126.36，小粒徑所引起的更強(qiáng)吸附性能在該滲流實(shí)驗(yàn)中也得到了較好印證。另外，各層基質(zhì)在砂箱運(yùn)行一段時(shí)間后，各層去除率均出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，這一方面由于沸石對(duì)磷的吸附過程更傾向于單分子層吸附，廢水中的磷不斷地占據(jù)基質(zhì)表面的吸附位點(diǎn)，使得可吸附磷的位置減少。

實(shí)線為實(shí)驗(yàn)測(cè)得各層磷去除率，虛線為根據(jù)Langmuir方程計(jì)算所得基質(zhì)吸附去除率。圖5 砂箱各層磷的去除率Fig.5 Removal rates of phosphorus at different layers of the sand box

根據(jù)前期靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出，在各層中隨著時(shí)間的延長，微生物的作用均經(jīng)歷初期不斷增加且不斷波動(dòng)現(xiàn)象，但3層中變化幅度不盡相同。小粒徑層微生物作用相對(duì)貢獻(xiàn)較大，最大顆粒的底層微生物作用很小，3個(gè)粒度基質(zhì)層微生物機(jī)制磷去除率大致為5%～20%。這是由于粒徑的增大使得微生物可附著的比表面更少，并且砂箱中滲透系數(shù)自頂層73 m/d增加至底層的222 m/d，下層流速明顯快于上層，底層水力停留時(shí)間較短，微生物去除時(shí)間也不充分。因此，在人工濕地系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中最佳磷處理效果應(yīng)更好發(fā)揮較小顆粒的高吸附性能及明顯的微生物去除作用，同時(shí)也應(yīng)注意到其滲透速度低帶來的污水凈化處理量小的不足，以及如何最大可能降低濕地系統(tǒng)易堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。在一些實(shí)際人工濕地系統(tǒng)中，磷的去除效率大致為22%～67%[21-24]，這為本研究提供了一定的參考依據(jù)。

3 結(jié)論

本研究通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)與砂箱滲流模擬試驗(yàn)相結(jié)合，揭示不同類型及不同成分組成基質(zhì)的除磷動(dòng)力學(xué)過程和吸附機(jī)理，查明不同粒徑的沸石基質(zhì)滲流狀態(tài)下實(shí)際去磷效果的演變趨勢(shì)與規(guī)律。具體研究成果總結(jié)如下：

1)沸石、麥飯石、磁鐵礦等3種基質(zhì)對(duì)磷的吸附包括快速吸附、緩慢吸附和逐漸平衡3個(gè)過程。磁鐵礦、麥飯石、沸石依次在10、12和16 h時(shí)達(dá)到吸附平衡，并且最大吸附量越大所需的飽和時(shí)間越長。Elovich方程能夠更為準(zhǔn)確地描述基質(zhì)吸附磷的動(dòng)力學(xué)過程，3種基質(zhì)的擬合系數(shù)均達(dá)到0.93以上。這表明，基質(zhì)對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)并不是一個(gè)簡單的一級(jí)反應(yīng)，而是由反應(yīng)速率和擴(kuò)散因子綜合控制的過程。

2)Langmuir方程和Freundlich方程均能較好地描述人工濕地基質(zhì)對(duì)磷的吸附過程，擬合系數(shù)均達(dá)到0.95以上。從Langmuir方程可知，3種基質(zhì)磷素理論飽和吸附量大小順序依次為沸石(5 122.0 mg/kg)、麥飯石(4 169.1 mg/kg)、磁鐵礦(3 126.3 mg/kg)。

3)基質(zhì)粒徑與除磷吸附量呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，粒徑對(duì)沸石除磷吸附的影響較大，隨著粒徑從4～8 mm降低到1～2 mm，除磷吸附量提高約20 mg/kg，麥飯石和磁鐵礦僅分別提高16.57和9.32 mg/kg。

4)比擬潛流人工濕地系統(tǒng)基質(zhì)部分，利用含磷低碳源微污染進(jìn)水的沸石砂箱滲流模擬系統(tǒng)，模擬除磷過程變化規(guī)律與趨勢(shì)?？梢缘玫?，不同粒徑的沸石基質(zhì)吸附除磷及總體除磷效率呈現(xiàn)較大差異，在一定粒度范圍內(nèi)，粒徑小者除磷效率較大；各粒徑沸石基質(zhì)的總體除磷效率具有波動(dòng)現(xiàn)象，且總體呈先上升再明顯下降趨勢(shì)?？傮w除磷效率明顯高出理論吸附去除效率，同時(shí)考慮到模擬初期的磷去除率逐漸升高及波狀變化特征等，這些都表明，在無外加碳源的微污染含磷水體除磷凈化中，除明顯的吸附除磷機(jī)制，微生物或微生物膜除磷作用也可產(chǎn)生相當(dāng)?shù)娜チ仔Ч?。通過此種綜合研究，可有效確定人工濕地基質(zhì)除磷機(jī)制及其主次關(guān)系與基質(zhì)整體除磷效率，有望為實(shí)際潛流人工濕地基質(zhì)選取與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及后期基質(zhì)及時(shí)維護(hù)提供理論依據(jù)與工作方法借鑒。