摘 要

根据课题组的前期研究成果，利用LDHs覆膜对垂直流人工湿地常用的沸石基质进行改性，控制改性的不同条件，使水热沉淀时的pH值分别为10和13，改性金属阳离子摩尔比（M² :M³ )分别为1：1，2:1和3:1，生成6种改性沸石。构建垂直流人工湿地模拟系统，以化粪池出水和自来水配制原水，对改性沸石和原始沸石进行净化实验，比较沸石经过不同条件的LDHs覆膜改性后对污水的净化效果；并比较7种沸石对各项水质指标的净化效果，确定使改性沸石获得较好净化效果的改性方式。

改性沸石的净化实验表明：（1）改性沸石对COD_cr的平均去除率高于50%，优于原始沸石；改性时pH值对沸石去除COD_cr的影响较小，不同的改性金属阳离子摩尔比影响较大。pH=10时的LDHs覆膜改性有利于沸石对COD_cr的去除，金属摩尔比为2:1的改性沸石具有最高的平均去除率。（2）改性沸石对总氮的平均去除率介于14.79%~22.18%之间，低于原始沸石；但其氨氮的去除率则有所提高，平均去除率比原始沸石高出将近15%。改性沸石对亚硝氮的转化和硝氮的去除均有促进作用。不同的改性pH值和不同的金属阳离子摩尔比会同时对沸石除氮的效果产生影响，但前者影响更大。改性pH为13的沸石具有更好的除氮效果，其中，金属阳离子摩尔比为1:1的沸石去除氨氮、硝氮和促进亚硝氮转化的效果最好。（3）沸石覆膜改性可提高其除磷效果，使总磷、溶解性总磷和磷酸盐的去除率均高于未改性的原始沸石。不同的改性pH值对沸石除磷的效果产生了较大影响，不同改性金属阳离子摩尔比几乎不会使沸石的除磷效果具有明显区别。pH值为10时的改性沸石对磷的去除效果最好。其中，三种不同改性金属阳离子摩尔比的沸石去除率差别不大，但摩尔比为2:1的沸石略为优于其他两种。

关键词：人工湿地；LDHs；沸石基质；覆膜改性；净化效果

Abstract

As a continuation of previous study, zeolites which were commonly used in constructed wetland as substrates, were top coated double layered hydroxides (LDHs) . Modified pH and the molar ratio of divalent and trivalent (M² : M³ ) were undercontrolled to make six different kinds of modified zeolites. Laboratory-scale unplanted vertical-flow constructed wetland systems were constucted for the modified and original zeolites to treat sewage from septic tank. Compared to the purification effect of these seven different zeolities, thus found out the better way of modification.

The purification experiment results showed that: (1) Modified zeolites had acheived higher removal rate of COD_cr than the original one, which were more than 50%. Different modified pH had caused little effect on it while the molar ratio showed some impact. It’s concluded that the circumstance with modified pH=10 and molar ratio of 2 : 1 effectively improved the removal rate of COD_cr. (2) The average TN removal rate of modified zeolites was between 14.71% and 24.31%, which was lower than the original one. However, modification had improved the remove rate of NH₄ -N, 15% larger than the original one. Modified zeolites also showed a boost to the remove of NO₃^--N and transformation of NO₂^--N. Modified pH and the molar ratio were both with effect on the nitrogen remove of zeolites, but the former one seems to be more influential. Zeolites with modified pH=13 was most efficiency in nitrogen remove. Of this, modified under molar ratio of 1 : 1 could help to transform NO₂^--N and NO₃^--N and remove NH₄ -N. (3) Modified zeolites had improved their removal ability of phosphate, achieved larger removal rate of both TP, TDP and SRP than the original one. Modified pH had caused great impact on it, while molar ratio nearly done nothing. With the modified pH=10, zeolites remove most phosphate from sewage. Three different modified molar ratio didn’t showed much difference to the phosphate removal rate, however, zeolites with molar ratio of 2 : 1 had a little bit higher removal rate.

Key Words：constructed wetland；LDHs；zeolites substrates；coated modification；purification effect

目 录

摘 要 III

Abstract IV

1 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.1.1 我国污水处理现状 1

1.1.2 目前污水处理主要方法及其特点 1

1.1.3 污水处理新技术的发展趋势 3

1.2 人工湿地处理技术概述 4

1.2.1 人工湿地处理技术的定义 4

1.2.2人工湿地的结构组成及其作用 5

1.2.3 人工湿地去污机理 6

1.2.4 人工湿地处理技术的研究与发展 8

1.2.5 人工湿地处理技术存在的不足 9

1.3 LDHs及基质覆膜改性 9

1.3.1 LDHs的简介 9

1.3.2 LDHs基质覆膜改性的研究与发展 10

1.4 课题研究的目的与意义 11

1.5 课题研究的目标、内容及技术路线 12

1.5.1 研究的目标 12

1.5.2 研究的内容 12

1.5.3 研究方法及技术路线 13

2 沸石基质改性及净化实验 14

2.1 原始沸石的选择及LDHs覆膜改性实验方法 14

2.2 改性沸石净化实验 15

2.2.1 实验原水 15

2.2.2 净化实验方法 15

2.2.3 实验装置、仪器及指标测定方法 16

3 净化实验结果分析 17

3.1 不同pH值改性沸石对有机物的去除效果 17

3.1.1 改性pH=10所得改性沸石对COD_cr的去除效果 17

3.1.2 改性pH=13所得改性沸石对COD_cr的去除效果 17

3.1.3 两种pH值改性所得沸石对COD_cr的平均去除效果 18

3.1.4 改性沸石基质对COD_cr去除的提升效果分析 18

3.1.5 沸石改性方式的选择 19

3.2 不同pH值改性沸石对氮素的去除效果 19

3.2.1 改性pH=10所得改性沸石对氮素的去除效果 19

3.2.2 改性pH=13所得改性沸石对氮素的去除效果 22

3.2.3 两种pH值改性所得沸石基质对氮素的平均去除效果 23

3.2.4 改性沸石基质对氮素去除的提升效果分析 25

3.2.5 沸石改性方式的选择 27

3.3 不同改性pH所得改性沸石对磷素的去除效果 27

3.3.1 改性pH=10所得改性沸石对磷素的去除效果 27

3.3.2 改性pH=13所得改性沸石对磷素的去除效果 28

3.3.3 两种pH值改性所得沸石基质对磷素的平均去除效果 30

3.3.4 改性沸石基质对磷素去除的提升效果分析 31

3.3.5 沸石改性方式的选择 33

3.4 本章小结 34

4 结论与建议 35

4.1 结论 35

4.2 建议 36

致 谢 39

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 我国污水处理现状

近十年来，我国经济发展迅速，人口增长迅猛。城市化进程的不断加快，不仅使得可供消费的水资源不断减少，还造成了日益突出的城市水污染问题。为了满足经济发展和人们提高生活水平的要求，城镇污水的排放量表现出逐年递增的趋势；大量受到污染的污水不经处理直接排入各类水体，造成水环境极度恶化，水生生态系统遭到破坏，大量报道揭露了水体严重营养化的现象。据不完全统计，从1990年至2003年，我国污水排放总量增加100亿m³，2011年我国的城镇污水排放量则高达1050亿m³。长期以来，我国城市基础建设跟不上时代的脚步，环保的概念一直被忽视，污水净化处理的发展起步较晚，导致污水处理厂的建设始终落后于城市生活和经济发展。目前一大批新的污水处理厂正在全国各地建设和运行，表明了政府对于改善城市污水现状的决心。至2011年以前，我国已经在90%以上的城市建造了污水处理厂，污水设施每日处理污水可达1.25亿m³，城市污水处理率提高至77.5%^[1]。

另外，为了响应“十二五”提出的节能减排目标，城镇污水二级处理的出水水质标准将会不断提高，使得处理污水的负荷越来越大。目前我国污水处理以传统活性污泥法作为主要工艺，该法在低成本建设和运营的条件下，可以得到良好的出水水质，且易于操作管理、处理效果稳定。然而，在基建资金缺乏的我国，建设污水处理厂的速度远跟不上经济的发展。日益增长的污水处理负荷和不断提高的出水水质要求，使得改进现有污水处理方法势在必行。考虑到对受纳水体的环境保护，对二级出水进行深度处理等亦是未来处理污水的发展方向之一。除此以外，可以从新型的污水处理工艺和技术入手，研究和发展建设成本更低、处理效果更好的处理方式；结合我国发展需要，使用新的生态技术对污水进行治理，从而有效降低基础建设的投资和运行成本，发展高效、节能的处理方式，缩短与发达国家之间的差距^[2]。

1.1.2 目前污水处理主要方法及其特点

城市污水由生活污水和生产废水混合而成。其中，人们于日常生活中使用过的，从而受到污染的水，称为生活污水；而形成于生产过程中，受到生产原料、半成品和成品等污染的水称为生产污水。城市污水中的污染以有机物为主，另外还含有氮、磷等的污染。

当前，我国的城市污水基本采用生物法进行处理，活性污泥处理法的使用最为普遍。为达到出水水质的要求，城市污水常辅以物化方法进行处理，必要时还会进行污水的深度处理^[3]。