论文摘要
近年来随着我国经济的不断发展,生活污水和工业废水的大量排放,导致我国诸多河道受污染,很多河流己经丧失了其应有的功能,因此寻找经济有效的技术来治理受污染的河水具有重要意义。作为传统污水处理技术的一种有效替代技术,人工湿地属于一种生态治理污水的方法,对于节省资金、保护水环境以及进行有效的生态恢复具有十分重要的现实意义,所以越来越受到人们的重视和关注。本文分别构建石灰石和黄铁矿-石灰石人工湿地,处理受到污染的河水,了解它们对河水中污染物,尤其是对氮和磷的去除效果,并分析这些矿物的作用。主要包括以下2个方面内容：（1）构建不同类型基质的水平潜流人工湿地,考察石灰石和黄铁矿-石灰石人工湿地对受污染河水的净化效果,讨论水力停留时间、温度及季节变化对污染物去除效果的影响,并分析污染物在石灰石和黄铁矿-石灰石人工湿地系统内部的迁移转化规律；（2）研究讨论石灰石和黄铁矿两种基质的除磷机理。主要试验结果如下：（1）石灰石和黄铁矿-石灰石湿地能很好地净化受污染河水。水力停留时间对湿地净化效果影响较大,最佳停留时间出现在3d左右。水力停留时间为3d条件下,石灰石和黄铁矿-石灰石人工湿地对COD的平均去除率分别为53.93%和51.66%,对NH4+-N的平均去除率分别为82.13%和77.43%,对TN的平均去除率分别为66%和72.06%,对TP的平均去除率分别为50.9%和97.35%。不同季节2种人工湿地对各污染的净化效果从高到低的顺序为：夏季>春季>秋季>冬季。2种人工湿地对COD的去除效果差距不大,黄铁矿-石灰石人工湿地的脱氮除磷效果优于石灰石湿地,对磷有较好的去除效果,不受温度影响且净化效果稳定,适宜长期稳定运行。运行期间,2种人工湿地出水中Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、Ni、As、 Fe、Mn等重金属离子均低于城镇污染排放标准和地表水Ⅲ类环境质量标准,不会造成环境二次污染。（2）夏季和冬季石灰石人工湿地和黄铁矿-石灰石人工湿地中污染物的浓度沿程呈现一定的变化规律。水平方向上各污染物浓度在两季均是沿程降低,但是垂直方向上有所差异,2种湿地都出现了COD和NH4+-N浓度表层低于中层的现象,可能是表层DO较充足造成的,TP的浓度在水平方向和垂直方向上均是沿程降低。冬季2种湿地各污染物沿程降低的速率显著低于夏季,且去除效果也有所降低。（3）采用序批实验研究了初始磷浓度、pH、温度和干扰离子（NH4+、NO3-和SO42-）对基质除磷的影响。结果表明Freundlich方程对石灰石吸附磷的拟合效果更好,Langmuir方程能较好描述黄铁矿除磷的吸附等温过程,黄铁矿对磷的饱和吸附量为11.01 mg/kg。随着温度的升高,石灰石对磷的去除率逐渐增加,黄铁矿对磷的去除率却逐渐降低。当pH<6.5时,石灰石对磷的去除率随pH增大而缓慢增大,当pH≥>6.5时,石灰石对磷的去除率随pH增大而迅速降低；当pH<8.5时,黄铁矿对磷的去除率随pH增大而增大,当pH≥8.5时,黄铁矿对磷的去除率迅速降低。NH4+、NO3和SO42-对石灰石和黄铁矿除磷基本没有影响。（4）动力学研究表明石灰石和黄铁矿的除磷过程符合伪二级动力学模型,相同反应条件下,石灰石的吸附除磷能力优于黄铁矿。热力学研究表明石灰石对磷的吸附是一个自发的、吸热的过程,而黄铁矿对磷的吸附是一个自发的、放热的过程。石灰石去除的磷主要以Ca、Mg-P形式存在,而黄铁矿去除的磷主要以Fe、Al-P形式存在。石灰石和黄铁矿对磷的吸附以物理吸附为主,但同时伴随着化学吸附。综上所述,石灰石人工湿地和黄铁矿-石灰石人工湿地可以净化受污染河水,考虑去除效果和出水水质的稳定性,对于氮磷含量偏高而有机物含量低的受污染河水优先选择黄铁矿-石灰石湿地。本研究为利用黄铁矿作为人工湿地的填料去除水中的氮磷奠定了技术基础。