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火山岩滤料对人工湿氨氮和总磷去除效果
与传统的污水处理系统相比，人工湿地具有投资、运行费用低，操作简便，抗污水负荷能力强和避免二次污染等优点.垂直流人工湿地因其在处理有机物和氮素方面的突出表现，在过去二三十年里发展迅速;但由于在潜流型湿地内未能得到充足的溶解氧(Vymazal，2002)以及基质容易吸附饱和等原因，其对氨氮和总磷的去除效果较差.众多学者对此进行了大量的研究，如通过提高湿地床内基质对磷素的吸附容量，或延长磷素在多孔基质的湿地床中的水力停留时间，或单独在末端出水设置过滤装置而使其净化效果得到有效改善.近年来，无烟煤、粉煤灰、钢渣、矿渣、火山岩、活化赤泥、生物陶粒等填料陆续被作为人工湿地除磷基质展开研究，但大部分天然基质易吸附饱和，很难寻求到一种长久、、经济、稳定的基质.生物陶粒作为填料的1种，兼具材料低廉易得、表面积大、孔隙率大、化学和物理稳定性好等优点，因此可尝试对生物陶粒基质进行覆膜改性，以强化和提高其对水体中磷素的净化效果.
阴离子型层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides，LDHs)，又称为水滑石类化合物或阴离子粘土. LDHs由相互平行的层板构成，层板上二价金属离子部分被三价金属离子同晶取代，其层间作用力较弱，因而具有捕获有机和无机阴离子的较强能力;LDHs比表面积大，具有比阴离子交换树脂更高的阴离子交换能力和热稳定性，因此近年来LDHs广泛应用在催化、光化学、电化学聚合、磁学、生物医药科学和水环境科学;其中在水处理领域中的应用主要集中于将制备好的LDHs固体直接用于水体中污染物的吸附.
在前期试验研究的基础上，本次实验选用垂直流人工湿地常用的火山岩滤料作为原始基质，采用Ca系、Zn系和Mg系二价金属化合物与Fe系、Co系与Al系三价金属化合物一一对应反应生成LDHs的方式，在碱性条件下以共沉淀的方法合成9种不同类型的LDHs，并将其分别覆膜于垂直流人工湿地火山岩滤料基质上，研究改性基质对磷素净化效果的提升作用，以期筛选出净化磷素的金属化合物佳反应组合，为强化垂直流人工湿地除磷效果提供参考.
2 材料与方法
2.1 改性试验方法
2.1.1 原始基质
改性及净化磷素所用火山岩滤料基质为球形颗粒状，经过粗筛后粒径为1～3 mm，所有的基质均购自河南郑州.
2.1.2 改性药剂
改性所采用二价金属化合物：CaCl2、MgCl2、ZnCl2;三价金属化合物：FeCl3、CoCl3、AlCl3，将上述两类金属化合物进行两两组合反应，形成9种不同类型的LDHs，其组合方式
火山岩生物滤料处理优缺点对比
火山岩生物滤料生物接触氧化法 A/O法，火山岩的技术适用性，国内外使用情况，水量、水质的适应程度 运行管理复杂， 国外采用较多，适应中、小规模污水处理厂，对水质水量的变化适应能力较差 运行管理简单，国内外采用较多，对水质水量变化适应性强，适用于工业废水处理与深度处理 运行管理复杂，国内外采用较多，对水质水量的变化适应能力较差，适应大中小规模污水厂
水质目标
出水水质 满足污水排放标准的保证率 出水水质好，对于工业废水处理运行缺乏经验，且运行复杂，工程实例少 火山岩生物滤料适用于处理难生化降解的低浓工业废水，出水水质好 适合一般城市污水，出水水质好，能脱氮，污泥产量小且稳定。污泥无需消化
火山岩对外界条件的适应性 气温、水温、营养、水量变化等对出水水质的影响 出水水质稳定，对外界条件变化适应性较强 出水水质稳定，对外界条件变化适应性好 出水水质稳定，对外界条件变化适应性强
工程实施
分步实施 分步实施的可能 可分组实施 可分组实施 可分组实施
施工难易 施工的难易程度 容易 容易 容易
占地面积 处理万吨水量占地 ≤8亩 ≤8亩 ≥12亩
环境影响
对周围环境的影响 指噪声及臭味等 噪音及臭味低 噪音及臭味低 噪音及臭味低
污泥的影响 污泥的产量及稳定性 污泥量小，污泥稳定性好 污泥量小，污泥稳定性好 污泥量略多，污泥稳定性好
运行管理
运转操作 指运行和操作的方便程度 运行复杂，需根据水质调整，对员工技术要求高。 简单 简单
火山岩生物滤料滤池的设备维修难易及工作量 设备多，系统复杂，维修量大 设备较少，维修要求相对低 设备较少，维修要求相对低
火山岩滤料生物挂膜过程
生物挂膜技术在现在水处理中应用非常广泛，它是需要先在构筑物中处理系统的表面上产生一层能够适应并处理废水的微生物膜。厚度一般在几个毫米到1cm左右。膜外层为好氧微生物，内层为厌氧微生物和死去的微生物体。这就是生物膜。
火山岩滤料的生物膜培养一般分为：
(1)取要处理废水的活性污泥在室温下曝气培养驯化1～2天，控制SV↓[30]为25%～35%，污泥质量浓度为5000mg/L-9000mg/L;
(2)将培养驯化好的污泥与要处理的废水按体积比1∶2-4混合，并加入泥水混合物体积2～4%的营养液，将营养液与泥水混合物混匀后部分注入氧化池中完全浸没火山岩滤料中，剩余的倒入循环池;室温下控制氧化池中溶解氧浓度为1～2mg/L曝气6～8小时;
(3)待曝气过程结束后，将循环池内的混合液泵入氧化池，同时氧化池出水流入循环池，如此循环20-26小时;
(4)静置沉降1-2小时，然后将氧化池内泥水混合物全部排掉;
(5)开始向氧化池内连续以正常运行时50%～70%的水力负荷和正常处理时50%～60%的有机负荷进水，然后逐渐加大水力负荷和有机负荷，并曝气量，直到氧化池内火山岩滤料上形成生物膜。
火山岩滤料--人工湿地填料的好选择
城市湿地是城市重要的自然资源,保护和恢复生态湿地就是创建城市的和谐之美.国内许多开发商在小区建设的同时加大了污水治理的投资,利用各种水处理方法对小区污水进行治理.在众多水处理技术中--人工湿地处理技术利用为普遍。人工湿地污水处理系统是一个完整的生态系统,具有投资低、出水水质好、增加绿地面积、改善和美化生态环境、维护和运行费用低廉等优点,正不断得到应用和发展。
在人工湿地技术中，通过填料表面和植物根部生长了大量微生物形成的生物膜，污水流经时，有机物通过填料的生物膜的吸附及同化作用而得以去除。人工湿地中氮得以去除主要是依靠微生物的硝化和反硝化作用来实现；此外，水生植物的吸收和氨的挥发也可以去除废水中的氮。人工湿地废水中磷的去除是依靠填料和湿地中沉积物吸附、微生物和植物的吸收等来实现的。
在人工湿地技术中，填料起着非常重要的作用，特别是近年来，随着人类发展对环境要求的提高，越来越多的环保、水处理方面的人士开始尝试选用一种新型的生物填料---火山岩生物滤料。
火山岩滤料以其良好的理化性能不仅是曝气滤池理想的生物滤料，更是人工湿地填料的好选择，作为一种天然的滤料，火山岩滤料质地轻、化学稳定性好、强度适宜，表面粗糙易挂膜；而且孔隙发达、分布合理，非常适合微生物的接种、驯化、繁殖生长。耐冲洗、不堵塞，可以满足不同污水净化的要求，同时由于该产品表比面积大，可以积累高浓度的微生物的量，高浓度的微生物可以使滤池的容积负荷，去除率高，单位体积污水去除率比常规滤料高5-7倍，完全可以达到规定的排放标准。
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