城市景观水处理技术研究以南明河为例 104页

'摘要本论文首先系统综述了城市景观水污染的状况、原因以及国内外对城市景观水处理技术的研究状况。在此基础上，通过分析、比较确定采用物理化学法处理城市景观水，并以贵阳市南赐河为对象，开展了深入的研究。最后进行了南明河河水净化的概念设计。本研究贯彻了科学发展观，符合建设资源节约型、环境友好型社会和发展循环经济的总体要求，遵循踱弃物资源化利用、不产生“二次污染’’的原则。针对城市湖泊、水库、河流等景鼹水体水量大、N和p等污染物浓度低的特点，采用沸石吸附和聚合氯化铝(PAC)+聚丙烯酰胺(PAM)混凝组合工艺，达到了脱氮除磷消除水体富营氧化、脱色除浊提高水体透明度的目的。主要进行了天然沸磊和粉煤灰合成沸石(人造沸石)吸附N、P实验，也进行了硅藻土和活性炭的t吸附实验；吸附和混凝组合实验。混凝剂PAC可由煤矸石加工制造，净水过后的粉煤灰合成沸石可直接用于农业土壤的改良和增肥。吸附动力学实验和热力学实验结果表明：①粉状沸石吸附N、P的速度相当快，30min左右反应即可达到平衡；②在实验条件下，日本人造沸石和天然沸石对NH3-N的去除率分别为60．20％和63．74％。粉煤灰对NH3-N去除率只有4．19％，但是用微波法合成人造沸石后去除率提高15倍，可达67．9l％。③活性炭对有机氮有一定的吸附去除作用，对NH3-N开始有微弱的吸附作用，但是缀快又解吸出来。硅藻土对NH3-N的去除作用很小。④天然沸石对TP去除率为41．67％。粉煤灰对TP去除率只有8．00％，但是用微波法合成人造沸石后去除率提高5倍，可达48．00％。日本人造沸石、活性炭、硅藻±含磷，这可能是在生产过程中混入的。⑤粉煤灰用微波法合成人造沸石蜃，对NH30N、TP均有显著的吸附作用。合成的最佳时间为25min，在此条件下合成的人造沸石吸附性能最好。⑥天然沸石和粉煤荻合成沸石对NH3-N的等温吸附曲线在一定的浓度范围内可用弗兰德娃 ABSTRACTThisthesisprimosystemhassummedupurbanlandscapewaterpollutionstatus，ea嫩andtheresearchsituationofurbanlandscapewatertreatmenttechnologyathomeandabroad．Havefollowedthewaterhandlingcitylandscapehereonthebasis，byanalysing，adoptaph>rsicalchemistrycomparativelyforsure，havecarriedoutthomughresearchtakeGuiYangCityNanMingRiverasmarriagepartnertogether．HavecarriedouttheconceptualdesignthatNanMingRiverwaterpurifies-finally．cepit鑫lisstudiedhavingputscienceintoeffectdevelopingaTaoisttemple，isaccords、埘tlIthegeneralreqttirementbuildingtheeconomizeonresourcestype，amicableenvironmenttypesocietyanddevelopingcirculationeconomy"s，isabidesbywasteresource-rizationmakeuseof,theprinciplenotproducing¨secondarypollution。¨．弧ewavewateryieldisbig，lowpollutionthicknesscharacteristicssuchasNandPspecificallyforlandscapesuchascitylake,reservoir,river,adoptthezeoliteadsorptionandpolymerizationchlorinatingaluminium(PAC)÷polypropyleneacidamides删)todriRalongcurdlingtoconstituteahandicrat屯purposehavingreachedthewavetransparencytakingoffanitrogenomdizingexceptthatthephosphorusremovesdchcampofwave，fadingexceptconfusedrise．弧edusthavingcarriedoutthenaturalzeoliteandfinecoalmainlycomposeszeolite(imitationzeolite)adsorptionN，thePexperiment,adsorptionexperimenthavingalsocarriedoutCelatomandactivatedcarbon；Theadsorptionsumdrillsalongcurdlingtoconstituteanexperiment．CoagulantPACmayprocessfabricationfromthegangue，cleanwaterafterwardsfinecoalashcomposesazeolitebutisusedforagriculturesoildirectlytoameliorateandincreaseafertilizerThedynamicsexperimentandthethermodynamicsexperimentbearfruitindicateIV anadsorption：(1)FormofpowderzeoliteadsorptionN，thePspeedprettyqulcHy，30minretinuereactionisOKtoreachbalance；(2)Underexperimentcondition,theJapanimitationzeoliteandthenaRlralzeolitetakeoffratetoNH3-Nare60．20％and63．74％respectively．Finecoalashonlyhas4．19％toNH3-Ntakeoffrote，takeoffrateimproves15times，butamountsto67．91％butafterusingmicrowavetofollowthezeolitecomposingimitation．Activatedcarbonhasthecertainadsorptiontodislodgeeffect；(3)Totheorganicnitrogen,beginstohavefaintadsorbing，butdesorbveryqmcl【lycomingouttoNH3-N．CelatomisverysmalltotheNH3-Ntakeoffeffect．(4)ThenaUlralzeolitetoTPremoveingrateis41．67％．Thepulverizedcoalashonlyhas8．00％toTPremoveingrate，butaftermicrowavethesynthesispermutiteremoveingrateenhancemem5times，mayreach48．00％．TheJapanesepermutite，theactivatedcharcoal，thediatomaceousearthcontainthephosphorus，thispossiblyismixesintheproductionprocess．(5)Thepulverizedcoalashaftermicrowavethesynthesispermufite，toNH3-N,TPhastheremarkableadsorption．Thesynthesisbesttimeis25rain,synthesizesthepermutiteadsorptionperformanceunderthisconditiontobebest．(6)ThenaturalzeoliteandthepulverizedcoalashsynthesiszeolitemayuSe。：FriendlytotheNH3-NuniformtemperatureadsorptioncurveinthecertaindensityscopetoFreundlichadsorbtheuniformtemperaturetypeandLangmuiradsorbstheuniformtemperaturetypetocarryonthefitting．Withdriftingalongcurdling，thecombinationexperimentbearfruitindicatesalladsorption：(1)ThezeoliteadsorptionandPAC+PAMdriftalongcurdlingtoconstituteahandicraftbeingabletohaveboundaryeffecttakeofflandseapewaterN，Pnutrientsubstance，chromasumareaturbidity,improvelandscapetherebythewatertransparency,theeffectreachingtheclear,clearideaofbluewaterbottom．Adoptthenatul锄zeolitecombinationhandicrafttobe61．2％and73．7％respectivelytoaverageNH3-Ntakeoffrate．(2)Underexperimentcondition，theaveragetakeoffmtet0开partsfor77．7％and83．O％，theturbidityandctlromadisappearafterdriftingalongcurdingtoprecipitate10rainsOut；AdoptthecombinationhandicraftwashingthequeenJapanimitationzeolitetobe91．5％and92．5％respectivelytoaverageNH3-NV takeoffrate，theaveragerotetoTFis68．8％and55．O％respectively,theturbidityandchromadisappearafter赫ftillgalongcurdlingtoprecipitate10minsout．(3)Theimitationzeoliteandnaturalzeolitepropertieshavehadthe蠡敞燃，decisiontoconstituteteehnologicalconditionsdiversity．Takeoffratethrowsusageaffectafactormainlybeingazeolitemostwhennaturalzeolite，totheturbidityaddingamountsandPAMjumpintoaaddamounts，bothhaveandthenotableinteraction,thePACjmpmgintoaaddsamountseffectshouldthinkmainlyfromeconomyangleless．Takeoffratethrowsusageaffectafactormainlybeingazeolitemostwhenimitationzeolite,totheturbidityaddingamountsandPACjumpintoaaddamounts,bothhaveandthenotableinteraction,thePAMjumpingintoaaddsamountseffectshouldthinkmainlyfromeconomyangleless．(4)IIlactualapplication,thezeolitejumpingintoaaddsamountsreasonlandscapewateryield，lan瓠capewaterNH3-NandTPthicknessandrequiresthatthezeoliteadsorptionfunctiondecides，coagulantPAC+PAMdosagesreasonsthrowtheturbidity,thewatertempemtm"e，pnvaluedecisionaddingzeolitequeenwatertimethethicknessreaching,theactualwatertemperature。(5)Formofpowderzeolite’stheprocess：adsorbingprocessrequitingthat30minscontrolanequilibration,butPAC十PAMdriftingalongcurdlesrequiresthat10minretinuecanmakewaterclearri曲taway．Therefore，theentirecombinationprocessflownee,dsthe40-50minorsotime。Therefore,mayreachtheconclusionstudying：AdoptfmecoalashthewatercomposingthezeoliteadsorptionandPAC+PAMdriftingalongcurdlingtoconstituteahandicrafthandlingeitylandscapeisthatthefLrststepisfeasible．Keywords：Urbanlandscapewater,Coalash,zeolite，Polymerizationchlorinatingaluminium，PolypropyleneaeidamidesVI 参考文献、致谢、声明原创性声明本人郑重声鳄：掰呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成集。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，均以在文中以明确方式标暖。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：妒孑年关于学位论文使用授权的声明本人完全了解贵州师范大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权贵州师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：中噜靳签名群吠iⅪ镌年牛恳l}El101 第1章概论1．1景观水概述景观水主要指用于观赏，具有生态、美学价值的地表水体。就目前来说水景的表现形式一般分为静态水景和动态水景两种。水景同绿化一样，都是一种美化生活环境、改善人居条件的景观。从来源上说，水景又可分为两类，既借景和造景，前者是在规划设计中创造更多、更好的景观朝向，将天然的水景借过来；而后者则是指人造水景。借景型的以观水为主，而造景型的则以亲水为主。随着生活水平的提高，现在人们日益关注以水景为主题的小区、园林、城镇等建设。通常每一个城市中都有景观水，或者是河流、湖泊、水库等大型水景，或者是小区、公园中的小型水景，都可以提升城市的品位和形象。沿海城市还有滨海风景。静态水景一般是指城市中以片状汇聚的水面为景观的水景形式，如湖、池、塘等。静态水景的特点是宁静、祥和、明朗。它的作用主要是净化环境、划分空间、丰富环境色彩、增添环境气氛。此外，还可以在其中进行游泳、划船等娱乐活动。动态水景则是以流动的水为主体，形式上主要有流水、落水、喷水和涌水四种，利用水姿、水色、水声来增强水的活力和动感，给人以无限的愉悦和振奋。城市中的河流一般地势高差较小或经过了人工改造，流速小，亦可以在其中进行游泳、划船等娱乐活动。1．2景观水水质标准景观水水质标准有GBl2941．91《景观娱乐用水水质标准》【11和GB3838．2002 第1章概论《地表水环境质量标准》12]。2002年国家标准化管理委员会组织制定了GB／T18921．2002《城市污水再生利用景观环境用水水质》[31标准，对城市污水净化处理用作景观水的水质作出了规定。GBl2941．91《景观娱乐用水水质标准》适用于以景观、疗养、度假和娱乐为目的的江、河、湖(水库)、海水水体或其中一部分，并按照水体的不同功能分为三大类见表1．1：表1．1标准类别与适用水体标准类别适用水体A类主要适用于天然浴场或其他与人体直接接触的景观、娱乐水体。主要适用于国家重点风景游览区及那些与人体非直接接触的景观娱乐水B类体。C类主要适．Hj于一般景观片j水水体。该标准未作明确规定的项目，执行GB3838《地表水环境质量标准》和GB3097《海水水质标准》中的标准值及其有关规定。GB3838．2002《地表水环境质量标准》适用于我国领域内江河、湖泊、运河、渠道、水库等具有使用功能的地表水域。依据地表水水域功能和保护目标，水域环境按功能高低依次划分为五类见表1．2：表1．2地表水域类别与水域环境功能水域类别环境功能I类主要适用于源头水和国家自然保护区。主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息lI类地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等。主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄III类游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。IV类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区。V类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。2 第l章概论可见，景观水水质要达到Ⅳ和V类水域水质标准，如果有亲水活动(如游泳)则须达到In类水域水质标准。1．3城市景观水污染状况随着人口增长、工业化和城镇化进程的迅速推进，人类的生活和生产活动产生了大量的污染物质。这些污染物质或者未经任何处理，或者处理程度不够，或者排放总量太高，排放到河流、湖泊等天然水体中。由于污染负荷超过了水体的自净能力，造成水质变差和恶化，严重影响了水体的功能、用途和景观效果。大量生活污水或含氮、磷工业废水排入水体，使水中有机氮和各种无机氮化物、磷酸盐含量增加，导致水生生物和微生物大量繁殖，出现富营养化状态，消耗水中溶解氧，使水体质量恶化。目前我国七大江河流域都已经受到不同程度的污染，特别是在全国138个城市河段中，流经繁华区域的绝大部分也受到不同程度的污染，其中低于国家《地表永环境质量标准》中V类水体的占38％。如何尽快解决城市河流的黑臭问题已成为城市环境工作的当务之急。根据豳家环保总局2007年发布的2006年中国环境状况公报，2006年18个国家重点监控湖泊全部出现了程度不等的富营养状况，其中太湖水质已经达到劣V类，而显其环湖河流均为巾度污染。与掬05年相比，水质无明显改善，87个地表水因控监测断面中，珏、m类水质断面仅占20％，IV、V类占49％，劣V类也达到31％之巨12007年5月太湖蓝藻爆发事件危及无锡市的生活饮用水，市民疯抢瓶装纯净水。城市湖泊具有面积较小、水流动性较差、入类活动影响大等特点，因此其自身的生态相当脆弱，易破坏不易治理。五大淡水湖之一的巢潮、南京的玄武湖、广州的流花湖和荔湾湖等多已处于富或重富营养状态，藻类的过度繁殖对湖泊的多种使用功能(饮用、水产养殖等)和观赏功能造成严重损害雕。城市公园或小区中的人王潮泊和水池由于设计的不科学，经常会出现死角，愿死角中的水缺乏流动，往往最容易恶化。此外，藻类是景观水的头号公敌。这类水体多为静止或流动性差的封闭水体，一般具有面积小、水生生态系统简单、水环境容量小、盘净能力差等特点。由于感民生活和水体中鱼类养殖的影响、雨水冲刷地面带来3 第1章概论的污染和空气中飘尘的沉降，以及树叶、垃圾等的散落，极易造成水中悬浮物增多、透明度降低。在温度较高时，富含N、P等营养元素的水体还会滋长藻类，使水体呈现明显的绿色。水体色度一般可达几十度甚至上百度，并伴有明显的鱼腥味，有时甚至造成水体发黑发臭，丧失了景观水体的功能。1．4贵阳市南明河污染及治理过程1．4．1南明河概况嘲南明河发源于贵州省平坝县林卡乡白泥田，全长118公里，流域面积430平方公里，是长江流域乌江水系清水河的源头，其中贵阳市境内长100公里，城区段(花溪水库——水口寺)长24．7公里。南明河在进入贵阳市区又分别接纳了陈亮河、麻堤河、小车河、市西河、贯城河等支流，南明河水穿城而过，赋予筑城水的秀美灵性。南明河畔远古就有人类活动。明朝隆庆三年(1569年)贵阳更名为贵阳府，建城400多年以来，南明河的纯洁清流，一直是居民的直接饮用水源，两岸风光旖旎，成为贵阳人民的游览胜地，人们在河中游泳嬉戏、垂钓捕鱼、淘米浣衣的印象至今还留存在老贵阳人的记忆中。周恩来、朱德、陈毅等老一辈革命家都曾来到贵阳，泛舟清流，留下脍炙人口的诗篇。南明河水养育沿河儿女，灌溉着两岸农田，造就了得天独厚的自然景观和人文风貌，清澈的南明河蜿蜒流淌，串联起处处美景胜迹，清逸峻美的黔灵山、挺秀城南的甲秀楼、玉带卧波的浮玉桥、梵钟高唱的黔明寺在河水的映衬下，优雅景致，美不胜收；沿河两岸人文荟萃，科教昌明，民风淳朴，文风鼎盛，英才辈出。南明河不仅是贵阳人的“衣食父母’’，更是贵阳人的精神家园。1．4．2南明河污染过程【5】从20世纪60年起，尤其是80年代后期以来，随着工业化和城市化进程的迅速推进，人口的急剧增加，曾经风景如画、碧波荡漾、洁净清澈的南明河被严重污染。到上个世纪末，南明河污染状况令人触目惊心：两岸植被稀疏，中心城区沿河绿地率仅为26．3％；河水水质严重劣化，鱼虾绝迹，三江口以下河段为劣4 城市景观水处理技术研究第1章概论V类水体，沿河两岸近百个生活污水和207家工业企业排污翻，每天向河中倾泻45万吨生活污水和工业废水：河道泥沙淤积，城市抗御洪灾的能力极其脆弱，1996年洪灾云岩、南明两城区受灾居民近6万人，壹接经济损失逾S亿元；沿溺万余人长期生活在题岸低洼潮湿、设施缺乏的棚户区内，受到贫困、疾病、洪灾的威胁；污染的南明河水下渗，殃及地下蓄水层，城市水环境遭到严重破坏；污染的南明河水流向下游地区，给下游地区人民的生产生活带来极大的影响。曾经“明河清流’’的南明河不再美藤，变成了藏污纳垢的污水河，制约了人与自然的和谐发展。按照国际河流生命学说的观点，南明河已经成为一条失去生命的河流。1．4．3南明河治理情况潴贵阳市历届党委、政府对南明河进行过多次清淤和疏浚，但是由于经济发展的局限、政府财力积累不是和市民环保、生态意识的薄弱，治理工作始终局限予单一的、局部性的清淤疏浚，50年来南明河污染问题和防洪问题一直未能得到根本上的治理。．1998年，贵阳市在城市防洪规划的基础上，制定了城市防洪、供水、水环境综合整治规划，对南明河水土僳持、拦蓄洪、增加城市供水、分洪排污等有关闯题进行了统筹考虑。2001年4月，南明河环境综合整治建设领导小组成立，标志善南明河环境综合整治工程全面启动。南明河环境综合整治以“水变清、岸变绿、景变美"为阶段性目标，从2001年5月到2004年5月止。总投资22亿元，共计“个子项躁，在三年对闻态完成。“南明河三年交清’’水环境露标是2004年5胃30曰以后，南骧河从花溪水库大坝至水口寺段水体消除黑臭，河面无明显漂浮物、石油类等污染；提高河道两岸绿化率，景观整治；河道两岸无废弃物堆积；两岸截污沟完好，无破损泄漏；沿岸污染源工业废水达标排放；逐渐恢复水环境生态功能，河中有鱼，孛曹水厂取水口以下100米至三江翻汇日处以及小车河河段可以游泳，使南明河成为市民休闲的景点，南明河干流及支流备河段水质全年达标率不低于80％。 第1章概论从2001年5月起，启动了南明河水质监测工作，设置了麦达、三江口、河滨公园、甲秀楼4个南明河干流监测断面和麻堤河、陈亮河、小车河、市西河4个支流监测断面，定期监测河水pH值、透明度、色度、臭味、石油类、飘浮物等6项指标，实行水质监测月报和旬报制度，建立起南明河水质监控网络。“水变清"工程包括水利设施建设、污水处理厂建设、污水收集系统建设、十里河滩整治、河道疏浚、沿河企业达标排放6项内容。水利设施建设包括扩建花溪水库，改造小关水库，新建小关湖水库。扩建后的花溪水库新增防洪库容1140万立方米，总库容量达到3140万立方米。小关水库改造和小关湖水库建成后，新增库容40．87万立方米，两水库总库容达到274．8万立方米。水库改造后，通过有效调度可使城区河段防洪能力达到抗御100．200年一遇的防洪标准。同时，正常降雨年份(降雨量1200毫米以上)，每年可向南明河提供河道景观用水2000万立方米，即每天可提供5．5万立方米的环境用水，为使南明河水变清提供充足水源保证。污水处理厂建设包括小河、花溪和二桥污水处理厂一期工程，城市生活污水处理能力达到日处理16万吨，有效改善南明河水域环境质量，形成良好的生态’：和生活环境。污水收集系统建设包括南明河上游、支流和城区段共计总长99．28公里的截污沟建设，控制南明河城区段51平方公里范围内的生活污水排放，避免生活污水直接排入南明河，基本形成污水收集系统，做到主干线实现雨污分流，较大程度改善南明河水环境质量，城区段水体明显改善。花溪区十里河滩河段地处南明河上游，河水质量直接影响南明河水质。启动了生态农业观光园、山体生态园工程，提高河道两岸山地植被覆盖率，防止南明．河上游水土流失；在沿河各村实施煤气管网入户工程和节能型燃气炉使用工程，配套进行厕所、圈舍的改选，对污水进行生物过滤处理，对农村住宅进行风格、布局、标准统一规划的改选和修缮，形成民族风情和农耕文化风景线；通过对生态农业园区实施山、水、田、林、路综合治理，农、林、牧、渔生态开发，实施田成方、渠相连、路相通、山更绿、水更清、景更美的生态农业建设，成为“十6贵悄炳范大学硕士学位论文 第1章概论罩河滩明如镜，几步花圃几农田"的山川秀美风景区。河道疏浚工程共计疏浚河道16公里、清除河床淤泥60．53万立方米，清掏城市排水大沟26条、总长48．1公里、共计11．9万立方米。清淤工程中采用了机械挖运式清淤和环保型泵吸式清淤，最大限度减少了传统人工运输淤泥中所含有害物质对人体的伤害和环境的二次污染。清淤的方式由群众性参与向专业化队伍转变，由人工清淤向机械化、科学化转变。河道疏浚，清除河床沉积的有机物质和污泥，清掏和维护排水大沟，畅通了城市雨水和生活污水收集网络，提高了河流行洪能力，也为南明河水变清奠定坚实的基础。严格实施达标排放。通过调整产业结构、产品结构和结合技术改造，推行清洁生产，加速技术改造，实施“退二进三一，“关停一批、搬迁一批、治理一批’’工业企业，使工业生产连年增长，污染物排放量大幅度下降。开展了声势浩大的贵阳市南明河沿岸污染源达标排放零点行动，对207家沿河工业企业废水处理设施运行情况、废水排放情况逐一检查，82家单位废水达标排放或废水闭路循环使用，120家单位调整产业结构、改革生产工艺或整体搬迁，依法关闭治污不力5家企业。建立南明河沿岸徒步巡查制度，加大检查力度，重点污染源实行重点’：监督，限期整改违法行为。发动市民参与对污染源的监督，公开举报电话，形成了南明河污染防治向区域和流域综合整治发展的格局，建立起责任明确的控制南明河沿岸污染源联动长效管理制度。1．4．4南明河水质现状韩丽珍等f6】于2003至2004年间，对南明河花溪水库至市二医段5个断面的细菌总数、大肠菌群数及部分理化指标进行了检测。结果表明，各个断面的总大肠菌群数均严重超标，说明沿岸生活污水的污染仍较为严重。经线性回归分析表明，细菌总数与物理指标pn及有机污染指标BOD5、CODMIl、DO均呈显著相关关系，但与有机污染指标相关性更好，可见南明河的细菌污染与有机污染密切相关。陈浒等【刀在2004年1至5月对南明河三江口至水口寺段12个断面的大型底栖无脊椎动物进行调查，采用指示生物法、污染生物指数法和生物学污染指数 第1章概论(BPI)法对水质进行评价，结论为该段水体水质为中污染——中污染，支流水质好于干流水质。不同河段水质表现差异，上段(三江口——四方河，除支流麻堤河)为中度污染；中、下段(贵阳电厂——水口寺，除支流小车河)为重度污染，水口寺水体污染极其严重。在此基础上，他们18J选择5个断面于2004年lO月、2005年1月和5月按平水期、枯水期和丰水期对南明河的底栖动物再次进行了监测，2005年5月对底泥汞进行了测定。并用污染生物指数法和生物学污染指数(BPI)法对南明河的水质进行评价，结论为南明河仍处于中污染——重污染状态，其中花溪平桥以上河段污染较轻，三江口以下河段污染较重。2005年2月9日，胡锦涛总书记视察南明河整治工程，给予了充分的肯定，并提出了进一步整治的要求。经过为期三年的“南明河环境综合整治工程’’，南明河上的漂浮物大为减少，透明度得到提高，改善了景观效果，河水水质也变得更好。但是，河水水质还不能完全达到GBl2941—91《景观娱乐用水水质标准》中的A类标准和GB3838．2002《地表水环境质量标准》中的m类水域水质标准。显然，南明河水环境治理还远未达到理想效果。观水(沿河观景、划船其上)尚未尽入入意(视觉——水色；嗅觉——水味)，更谈不上亲水(下河游泳。卫生——水质)。这几年的观察发现，南明河市区核心段时常会受到上游的突发污染，导致水面出现大量生活垃圾等漂浮物，甚至还有浮油膜：水体中度或重度发黑发臭，透明度极差。因此，很有必要深入地进行治理。首先需要加强对沿河污染源的控制和管理，对其排放的污水收集进污水处理厂集中处理后达标排放，在此基础上对河水进行净化，以提高景观美学价值。从而提升贵阳市的品位，促进招商引资，带动旅游业、房地产业等相关产业的发展。1．5城市景观水污染治理研究状况近几年来，对城市景观水污染治理的研究比较多。城市景观水污染治理首先必须控制外源污染物的进入，截污就是将造成水体污染的各个污染源除去，使水体不再受到进一步的污染。在此基础上，根据具体情况分别采取引水换水或水处理措旌，引水换水必须有足够的干净水源作为保证，且成本比较高，只有在小水8 第1章概论量的情况下才考虑该法。在景观水处理方面主要分为两大类方法：生物法和物理化学法。生物法有种植高等水生植物、投加生物制剂、生物滤沟、生态修复等：物理化学法有过滤、气浮、混凝沉淀、曝气复氧等。1．5．1住宅小区景观水污染治理阳光【9】等对武汉某住宅小区的景观水进行了治理，该小区景观水以南湖水为水源。南湖水现状为Ⅳ类水体，严重富营养化，呈墨绿色，粘度高，气温高时有较明显腥臭味。南湖水经隔栅拦污，截留漂浮物、垃圾等后自流入集水井，再经提升泵提升后进入混凝气浮器，去除掉湖水中大部分的色度、悬浮物和藻类，混凝采用聚丙烯酰胺(pAC)。气浮处理后的水进入压力过滤器，过滤掉气浮难以去除的其它杂质，使湖水变得清澈，符合小区景观水的感官要求。采用紫外线消毒，消毒后的水中加入硫酸铜，并溶气后进入水景。住宅小区要实现“亲水"的目标，出于健康、安全的考虑必须对景观水进行消毒。消毒方式有化学消毒和物理消毒，常用的化学药剂主要是漂白粉、液氯、二氧化氯等含氯制剂，不安全，故不宜采用；物理法有紫外线、臭氧等。硫酸铜对鱼类有毒性。毛俊琦【lo】介绍了深圳华侨城燕栖湖湖水治理并用作高尚住宅小区——栖湖花园景观水。在天鹅湖流入燕栖湖的雨水管出水口处设置格栅，以拦截大块悬浮物进入湖内。截流原排入湖泊的生活污水，使其直接排入市政污水管网。为防止在雨季时湖泊流域范围内雨水进湖时冲刷岸边造成水土流失，增加湖水悬浮物浓度，采用大量毛石铺砌湖岸，并延伸至湖底。采用漂白粉灭藻，其投加量为0．5～lmg／L。根据燕栖湖的自然形状及地势，砌造两个堤坝由东至西将湖面划分为三个高度，落差分别为0．78m和2m。堤坝所形成的堰形为宽顶堰，宽顶堰过流水股状态主要与流量有关，流量小时水股贴堰壁下淌，当流量达到起抛流量4．3L／(m·s)时，水股即脱离堰壁射入空中形成瀑布。在湖面中央设置大型灯光喷泉水景。瀑布和喷泉改善了环境，亦增加了水中溶解氧(DO)含量。湖水经WQX．12A型全自动曝气滤机处理后先满足空调冷却用水的需求，再将经过空调冷却后的水用于小区内25处大大小小的水景，最终回流入燕栖湖中。1．5．2城市湖泊、水库污染治理9 第1章概论(1)种植高等水生植物高等水生植物在生长过程中，需要吸收大量的N、P等营养元素。太湖水面夏季时的水葫芦，对N、P的吸收能力分别为O．79和0．13L／(klrIl2·d)tu】。当水生植物被运移出水生生态系统时，被吸收的营养物质随之从水体中输出，从而达到净化水体的作用。西湖的小南湖区恢复生长聚草、苦草等水生植物后，水质明显变好，透明度大大提高，与主体湖相比，浮游植物密度和叶绿素．a大幅度下降【121。戴莽等【13】在严重富营养化的武汉东湖设置大型人工围隔，发现菹草(沉水植物)的恢复会使水体的各种营养盐水平都有显著的下降，溶解氧和透明度显著提高。沈治蕊【14】对南京煦园内太平湖采用了以水培经济植物为主的生态工程方法，种植了水芹菜、水蕹菜、黄花菜、睡莲及花卉等，所占面积仅占全湖面积的5．15％，但1个月前后对比，湖水TN较治理前降低46．3％，TP降低48．4％，藻类密度降低63．2％，透明度提高l倍。王国祥等【15】利用镶嵌组合植物群落(由浮水、浮叶、沉水植物为优势种的斑块小群丛构成)控制湖泊饮用水源区藻类及氮污染。结果表明：富营养化湖水经净化后，藻类生物量下降57．7％，藻类数量下降2～3个数量级，IN下降60．O％，水质得到明显改善。在冬季，大多数高等水生植物生长极其缓慢，一些挺水、浮水、浮叶植物死亡，其残体易引起二次污染，单独使用冬季能够生长的沉水植物，难以取得理想效果。(2)投加药剂通过直接向水体投加药剂达到快速净化水质的效果。药剂有微生物制剂、混凝剂和杀藻剂等。陈静等【161于1998年5月～7月在滇池草海开展了药剂筛选试验。试验的微生物制剂有水体恢复功能菌(RB)、利水净、兵器PSB光合菌、川大PSB光合菌、AEM菌和A．E处理剂，试验结果表明：水体恢复功能菌(RB)、利水净和兵器PSB光合菌抑藻及净水效果较为显著，一般投药20天后开始见效，水体透明度由原来的0．46m逐步上升到平均1．07～1．23m，增幅为133～167％，最好时达1．34~1．78m；叶绿素．a由原来的164．9mg／m3降至60．06,-,86．27mg／m3，去除率为47．7“3．3％；藻量由原来的1824．6万个／L降至491．2～574．5万个／L，去除率10 第1章概论68．5～73．1％；BOD5由原来的6．25mg／L下降至2．3~4．3mg／L，去除率31．2“3．2％；COD№由原来的17．21mg／L下降至11．5-12．32mg／L，去除率26．∞33．2％；药效维持时间约12-15天。试验的混凝剂有云环一号(主要成分为硅藻土和PAM)、聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁，试验结果表明：云环一号净水效果最好，投药后2~4小时明显见效，透明度达1．Om以上，增幅124％；叶绿素．a去除率为74．6％；藻类去除率为82．7％；BOD5和CODMn去除率分别为56．2％和42．2％；TN、TP去除率分别为59．2％和39．7％；药效维持时间约15天。聚铝、聚铁虽对水质有一定改善，但实际净水效果并不理想，形成的絮体细小且质轻不易沉降，有时反而上浮于水面，聚铁本身显色作用较为明显，投药后的水体变为浅棕色，这两种药剂的维持时间仅为l~2天。试验的杀藻剂有环水．355复合抑制剂、BC．655和ET(改性CuS04)，试验结果表明：环水．355效果最好，投药后l~2天开始见效，透明度平均达1．Sin，蓝藻去除率达99％，BOD5、CODMn、TN、TP去除率分别为60％、80％、80％和85％，药效维持时间约1个月，但有一定的毒副作用。BC．655投药后两天，透明度上升至0．62m，蓝藻去除率达96．5％，药效维持时间20,-,30天，该种药剂也有一定毒副作用，但在pnS～9的情况下半衰期仅为2~o．34h，见光后易分解，相对安全一些。ET杀藻剂，藻类去除率95％，具有很强的杀藻作用，但也带来了重金属铜可能在使用水域超过地面水质标准和积累等环境问题，在实践中应慎用。有效微生物群(EffectiveMicroorganisms)是从自然界筛选出各种有益微生物，用特定的方法混合培养所形成的微生物复合体系，其微生物组合以光合细菌、放线菌、酵母菌和乳酸菌为主。目前世界许多国家和地区对有效微生物群在农业、畜牧业和水产养殖上的应用进行了试验研究，但在环保方面的研究工作起步较晚，近几年来逐步开始应用在净化城市生活污水和固体废弃物除臭方面【r丌。李雪梅等Il8】对中国科学院华南植物园(广州)的入工湖直接投加有效微生物群液体菌剂和固体泥球，该人工湖水体表面时常被厚厚的蓝藻所覆盖，透明度一般在O．1m以下，严重降低了其景观功能，试验结果表明：在投入有效微生物群后水表面和水面以下0．Sin的叶绿素．a、TN、TP和CODun浓度下降，但是CODc，却上升，溶解氧和透明度得到了提高；在停止投放后约45d，几乎所有的水质指标开始劣化。曹式芳等【19】取天津大学敬业湖水50L投优势菌，试验采用的优势菌液是光 城市景观水处理技术研究第1章概论合菌、硝化菌以及复合菌制剂。试验结果表明：水体浊度、NH3-N、CODMn、COD和叶绿素．a均下降。复合酶制剂是利用自然界存在的有机物和其他生物酶复合而制成的生物酶降解剂类液体状清洁产品。该产品可通过激活土著微生物，有效激发水体生态的内循环供氧机制，促使水体中溶解氧的自然恢复，进而有效去除污染物，恢复水体的纳污、控污和降污的功能，有效控制污染物的扩散，从而实现受损生态系统向良性生态系统演替。复合酶净化剂具有费用省、环境影响小、不会产生二次污染或污染物转移等优点，因而备受环境科技工作者的关注[20-221。蔡娟等【冽采用复合酶制剂BACTO．ZYME2X对南京乌龙潭景观水在1L玻璃烧杯中进行了试验研究，试验表明：该药剂投加量在O．1,--0．8mg／(L·d)范围内，最佳投量为0．4mg／(L·d)，水样在稳定阶段COD、NH3埘、TP的平均去除率分别达25．O％、77．6％、26．1％；相同投量下对水样进行曝气并没有增加水样中污染物的去除效果，反而降低水质净化效果，投量为0．4mg／(L·d)时，曝气水样COD、NHa-N、TP的去除率分别比不曝气水样下降30．2％、6．7％、27．8％。直接向景观水中投加药剂并不能马上见效，且只能维持一段时间；药剂的安。全性是非常重要的问题；藻类和悬浮物、有机污染物等只是沉到底泥中，并没有从水体中去除，在水力作用下仍可能浮起来；对于庞大面积的景观水体，要均匀投加药剂并不可行。(3)构建生态系统进行处理钟梅英等[241将合肥市雨山湖的水用泵提升到高位水池，经过滤去除较大的悬浮物，然后进入1群水生塘，塘中种植较长根系的水花生，并放养杂食性鲫鱼，为提高效果，给塘中曝气充氧：经处理的出水进入2群水生塘，2拌水生塘种植的是浅根系浮萍，没有曝气。运行时，水力停留时间控制为ld。考查光照对处理效果的影响时，采用黑色塑料纤维网覆盖在水生塘上的架棚上，形成不同遮光率的光照条件。试验结果表明：对于NH3-N和P，在一定的进水浓度范围内，随浓度的提高，整个工艺的去除率逐渐增大，处理效果越好，因为浓度越大，N、P越容易被水生塘中藻类、水生植物根系所捕获吸收而去除掉。对于COD，去12 第l章撅论除率提离幅度不大，因为COD主要通过水生螗中细菌分解丽去除，丽它们的分解能力是有限的，不会因为进水浓度的提高而很快增大。但是细菌在水生塘中的作用却是生态系统中不可缺少的。水中复杂有机污染物只有被细菌分解戒简单纯合物时，才能被植物擞系所吸收。当进水浓度超过一定值，如NH3-N达4．50mg／L，去除效果明显下降，因此，用水生塘只能处理浓度相对较低的微污染水。对于NH3-N和COD，l孬水生塘的处理效果明显好于2襻永生塘，l襻水生塘NH3-N去除攀(平均去除率39．63％)是捌水生塘(17。9％)的2．2l倍，l毒水生塘COD平均去除率(42．36％)是2撑水生塘(14．39％)的2．94倍。1撑水生塘中进行曝气，存在一定的硝化作用，把NH3．N转化成硝态氮，利予根系吸收。曝气增氧更能促进东中好氧蘸对有机污染物的降解，从丽提高COD的去除率。对于P，量孬水生塘的去除率是2撑的1．7倍，这是由于2个水生塘中植物根系的吸收能力不同所造成的。随水力停留时间的延长，备指标的去除效果都提高，提高最大的是COD，巍停餐髓闯由ld延长到键时，去除率由65％提高到91％。对其它2个指标，尤其是对P的影响不大。因为P的浓度在去除率达到85％时，已经很低，再去除较为困难。且在低浓度时，根据扩散原理，底泥中P有较大的量释放朴充到水体中，限制去除率的进一步提高。光照对NHa-N、P的去除具有显著的影响，：如全光照时NH3-N的去除率为90％，到遮光率75％(25％的全光照)时只有20％。因为吸收去除NH3-N、P的藻类和水生植物都是光合自养性生物，光照是生长的必需条件。光照对COD的去除影响很小。因为降解COD有机污染物的细菌等是异养性微生物，光照不能影响它们的生长代谢。植物死亡的枯叶和根系落在水底被微生物分解，会增加水中污染物浓度，导致实验初期出水水质指标比进水还要大。因此，必须随时除去枯叶和死亡裉系。另外，水生塘上层水质骧显优于下层水质，上层水中NH3-N平均含量比下层少约50％，P也少40％。原因是水生塘的体积较小，不能像大面积的自然湖泊那样形成明显的环流和上下对流，上下水层没有褥刘充分的混合，从而形成了水质分层现象。这也说明，永生塘对上层水的处理效果好于下层水，由于上层植物的遮挡，下层水中藻类得到的光照较少，从而影响到藻类对污染物的吸收去除。因此，水生塘适应浅水湖泊的水处理。当放入鲫鱼精，水质的分层现象消失，说明鱼类的游动能将水体较好地混合。王东根‘瑚对北京国际高尔夫俱乐部的人工景观湖分别采用了生化过滤技术、13 第1章概论水生植物法、生物修复药剂进行处理，试验采用睡莲、芦苇、荷花和水葫芦四种水生植物，选用五种不同的水质处理生物药剂：藻类控制剂(StringAlgaeContr01．SAC)、除淤剂(SittRemover．SR)、氧气稳定剂(OxygenStabiliser．OS)、pH调节剂(pHValueMinus．pHVM)和硬度调节剂(HardnessPlus．1iP)对池水进行生物修复。试验结果表明：生化过滤系统可以有效地降低pH、NH4+-N、N02"-N及11P，其中pH值和NH4+-N均是在第1周时达到最大，N02"-N在第4周达到最大，随后迅速下降。其中的原因可能与硝化细菌生长速率有关。4种植物对水中的NHI+-N、N02"-N及TP均有一定的去除效果。不同植物的去除效率有所不同，其中尤以芦苇为最佳，其次为水葫芦，睡莲和荷花处理效果最差。5种生物修复剂均能有效地去除水中的NH4+-N、N02"-N及TP值，并能有效的降低水质酸碱度，且5种制剂的去除效果相似，对污水的处理效果仅需l~2d即可达到理想效果。其中，pHVM和HP对于水质pH值控制效果最佳，SR对于亚硝酸盐的去除效果最好。氧气稳定剂对总磷的去除效果最佳。对水藻及透明度等景观效果的影响，以生物修复剂最佳，生物过滤系统适中，水生植物相对最差。1．5．3城市河流污染治理(1)河道曝气技术河道曝气技术是充分利用天然河道和河道已有建筑就地处理污水的一种方法。该法综合了曝气氧化塘和氧化沟的原理，结合推流和完全混合这两种流态的特点，有利于克服短流和提高缓冲能力，同时也有利于氧的传递、液体混合和污泥絮凝，是一种有效的河流水质净化方法。从20世纪五六十年代起，英、德、美等发达国家就开始考虑解决同益严重的河道污染问题。其中河道曝气技术作为一种投资少、见效快的河流污染治理技术，在很多国家被优先采用。英国的Thames，德国的Ruhr与Saar，澳大利亚的Swan和美国的Homewood等河流就先后利用河道曝气技术改善河流的水质。目前，河道曝气技术在我国水环境综合治理中尚不多见，但近年来在一些大中城市已经进行了一定规模的河道人工曝气复氧试验，如北京的清河环境改善工程、上海的苏州河河道曝气复氧工程、上澳塘和新泾港的曝气工程试验、重庆的桃花溪曝气措施等。国内外的实际运行经验表明，在河道中进行充氧不但能改善水体黑臭状况，而且能使上层底泥中还原性14 第王章概论物质得到氧化或降解。曝气在河底沉积物表层形成了一个以兼性菌为主的环境，并使沉积物表层具备了好氧菌群生长刺激的潜能，从而能够在较短的时间内降低永体中有机污染物，提高水体溶解氧的浓度，增强水体的宣净作用，改善水昂境[26-271。近年来在北京、上海等城市进行了一定规模的河道人工曝气复氧试验和工程实践。如1990年亚运会期间，在北京清河的一个长约4km的河段中放置8台型号力15HP的曝气设备进行充氧，在8月26圜毋胃29日期间臭味基本清除，水体颜色骧显改观，BOD5去除率约60％，曝气区的DO从0上井到5～7mg／L，邻近水域上升到4．．,5mg／L[2s]。上海苏州河的部分支流采取曝气措施以来，黑臭现象略有好转，僵效果幂尽如入意。究其原因主要有三点：没有彻底断绝污染源(苏州城区河道也有类似情况)；水体中微生物数量少，污染物降解慢，污染物的降解速度低于输入速度：充氧量不足，在工程上由于考虑到河道曝气的成本，往往充氧不足。此外，还有～些其他因素，如温度、曝气量、微生物与水的混合程度、微生物的活性等i冽。(2)近自然综合治理1938年Seifertpo]酋先提进近自然潺溪治理的概念。2e世纪50年代在德国正t式创立了近自然河道治理工程，提出河道整治要植物化和生命化，从而使植物首先作为一种工程材料被应用到工程生物治理之中【3l】。随着景观生态学理论的发展并弓l入河溪治理中，使人们对近自然治理的概念有了新的认识。Schlueter[321认为，近自然治理的目标是，首先要满足人类对河溪利用的要求，同时要维护或创造河溪的生态多样性。Bindert33】认为，近自然治理的实质是人为活动对自然景观或其一部分的干预，掰溺道整治蓄先要考虑河道的水力学特性和地貌学特点。溺溪的自然状况或原始状态应该作为衡量河道整治与人为活动干预程度的标准。在这一概念中，指出了近自然治理和工程治理出发点的差异及其衡量近自然治理的客观标准。Hohm跹翻】对近翻然治理提出了一个相对准确的隧标，即通过生态治理(应该)创造如一个具有各种各样水流断面、不同水深及不同流速的河溪，河岸植被应该是具有多种小生境的多级结构。城市景观水污染治理的目的是改善和恢复水质、提高景观效果。影响景观效果的主要指标有漂浮物、颜色和透明度。导致水有颜色和透明度降低的原因有两15 第1章概论种：水体富营养化和水中的悬浮物质。水体富营养化是指水中N、P等营养物质过量使藻类以及其它水生生物异常繁殖，消耗水中溶解氧，降低水体透明度的现象。藻类，尤其是蓝藻(Microcystis)等水生生物的疯长称为“水华’’，“水华"使水体看上去呈绿色，透明度极差。水中溶解氧消耗殆尽，水体处于极度缺氧或厌氧状态，水生生物就会大量死亡，水体发黑发臭。由于水土流失带来的泥沙、粘土以及污染所致有机物、无机物等悬浮物质可使光散射或吸收，使水体产生浊度从而降低透明度。因此，城市景观水污染治理的任务就是去除水中的N、P物质和去除浊度和色度，从而提高透明度。水中的氮通常以有机氮、氨氮(NH3-N)、亚硝酸盐氮(N02。-hi)、硝酸盐氮(N03"-N)及氮气(N2)的形式存在。有机氮分溶解态和颗粒态。氨氮(NH3-N)以游离氨(NH3)或铵盐(NH4+)形式存在于水中，两者的组成比取决于水的pH值。当pI-I值偏高时，游离氨的比例较高。反之，则铵盐的比例为高。氨氮(NH3-N)的来源主要为生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物和焦化、合成氨化肥厂等工业废水，以及农田排水。在有氧环境中，氨亦可转变为亚硝酸盐，甚或继续转变为硝酸盐。氨氮(}hrH3-N)含量较高时，对鱼类则可呈现毒害作用。亚硝酸盐氮(N02‘-N)是氮循环的中间产物，不稳定。根据水环境条件，可被氧化成硝酸盐，也可被还原成氨。硝酸盐是在有氧环境下，各种形态的含氮化合物中最稳定的氮化合物，亦是含氮有机物经无机化作用最终阶段的分解产物。在无氧环境中，硝酸盐亦可受微生物的作用而还原为亚硝酸盐。制革废水、酸洗废水、某些生化处理设施出水和农田排水可含大量硝酸盐。水中的磷几乎都以各种磷酸盐的形式存在，它们分为正磷酸盐、缩合磷酸盐(焦磷酸盐、偏磷酸盐和多磷酸盐)和有机结合的磷酸盐。化肥、冶金、合成洗涤剂等行业的工业废水及生活污水中常含有较大量的磷。按处理程度，工业废水处理技术可分为一级、二级和三级处理。一级处理主要是通过物理法去除废水中悬浮状态的固体、呈分层或乳化状态的油类污染物。一级处理通常可去除90--95％的可沉降颗粒物、50--60％的总悬浮固形物以及25～35％的BOD5，但无法去除溶解性污染物。二级处理的主要目的是去除一级处理出水中的溶解性BOD，并进一步去除悬浮固体物质。一、二级处理过程可以16 第l章概论畿除大予85％的BOD5及悬浮固体物质，但无法显著地去除氮、磷和重金属，也难以完全去除病原菌和病毒。无机氮含量不受～级沉淀的影响，且经二级(生物)处理后，其含量增加50％左右。一、二缀处理过程裁去除25-。90％的有祝氮。一般传统的一、二缀处理过程大致可分别去除原水中惹氮量的14％gi26％。三级处理主要是进一步去除悬浮物和营养物，以提高出水质量，使其达到严格的出水标准及污水回用的目的。脱氮的主要方法有生物硝纯——反硝佬法、折点氯纯法、气提法和选择性离乎交换法。生物硝纯——反磷化法是使无枧氮先透过延对曝气氧化成硝酸盐，再经过厌氧环境反硝化转化成氮气(N2)，从而去除水中的氮；折点氯化法是在=级处理蹬水中授加氯，直到残余的全部溶解性氯达到最低点(折点)，使水中氮氮(NH3-N)全部氧化；气提法是先将二级处理出承pH值提高到ll以上，使铵离子(NH4+)转化为氨(NH3)，随后对出水进行激烈曝气，将氨从水中去除，褥将pit调到合适值。磷的去除方法育化学沉淀法和生物法。化学沉淀法通常是加入铝盐或铁盐及石灰，最常蔫鹩镪盐是隳矾(A]K(S04)2·12琏p)，铝离子麓絮凝磷酸根离子，形”成磷酸铝沉淀。明矾和氯化铁的加入会降低水质的pH值，褥加入石灰会使水的pH升高。有许多生物除磷方法，A／O工艺过程、A2／O工艺过程、活性污泥生物——|诧学沉淀过摇、序批式阕歇反应器(SBR)等都可以翔予去除磷。由于大部分磷都溶于水中，传统的一、二级污水处理中仅能去除少量的磷。一级沉淀仅簏去除5—10％的磷，二级生物处理过程中，通过生物吸收可去除10-．20％的磷。用传统的工业废水一缓、二级和三级处理技术柬处理最观水显然是不可行煞，因为城市湖泊、水库和滗流等景观水承量大、N和P以及悬浮物等污染物浓度低，采焉一级、二缀秘三级处理费用特捌离，不经济也没骞必要。既然N、P是导致g承华’’的罪魁祸酋，怒表作物静营养元素，那我锏何不将景观水体中的N、p提取出来用于农业生产，同时也就消除了“水华艏，净化了景观水体。如何提墩?这就需要应用吸附分离技术。1．6吸附分离技术17 第1章概论在固体和气体或固体和液体组成的两相体系中，在相界面上出现的气相组分或溶质组分浓度升高(常称为浓缩)的现象，称为固体吸附。这种对溶质有吸附能力的固体称为吸附剂，而被固体吸附的物质称为吸附质。吸附剂对吸附质的作用过程，实际上包括吸附质分子碰撞到吸附剂表面被截留的过程(吸附)和吸附剂表面截留的吸附质分子脱离的过程(解吸)。随着吸附质在吸附剂表面数量的增加，解吸速度逐渐加快，当吸附速度和解吸速度相当，从宏观上看，当吸附量不再继续增加时，就达到了吸附平衡。此时的吸附量称为平衡吸附量。平衡吸附量的大小与吸附剂的物化性能——比表面积、孔隙结构、粒度、化学成分等有关，也与压力(或浓度)、温度等因素有关。在吸附剂和吸附质一定时，平衡吸附量q。就是分压P(或浓度c)和温度t的函数，即qc=f(p，0。根据吸附剂对吸附质的作用力不同，吸附可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种类型。物理吸附指吸附剂和吸附质之间通过分子间力(即范德华力)相互吸引。一般说来，物理吸附的过程是可逆的，几乎不需要活化能，吸附和解吸的速度都很快。化学吸附指吸附质的分子和吸附剂表面的原子发生电子转移、原子重排或化学键的破坏与生成等化学作用而形成的吸附。因为在吸附过程中需形成化学键，所以吸附剂对吸附质的选择性比较强。化学吸附容量的大小，随被吸附分子和吸附剂表面原子问形成化学键力的大小不同而有差异。化学吸附需要一定的活化能，在相同的条件下，化学吸附或解吸速度都比物理吸附慢。离子交换吸附指吸附质的离子由于静电引力被吸附在吸附剂表面的带电点上。在这种吸附过程中，伴随着等当量的离子交换。如果吸附质的浓度相同，离子带的电荷越多，吸附就越强。对电荷相同的离子，水化半径越小，越能紧密地接近于吸附点，越有利于吸附。多孔吸附剂对溶液中吸附质的吸附过程基本上可分为三个连续阶段：第一个阶段称为颗粒外部扩散(又称为膜扩散)阶段，吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面；第二个阶段称为孔隙扩散阶段，吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散：第三个阶段称为吸附反应阶段，吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的表面上。一般而言，吸附速度主要由膜扩散速度或孔隙扩散速度决定。目前常用的吸附剂主要有沸石、硅胶、活性炭、活性氧化铝等。活性氧化铝18 第1章概论对水有较强的亲合力，主要用于气体(液体)的脱水(干燥)，此外还可用作催化剂及其载体。近年来研制出的专用新型吸附剂主要有用于分离空气制纯氮的碳分子筛、用于脱除硫酸厂尾气中的S02和硝酸厂尾气中的Nox以及氢碱厂氩气中的汞，防止大气污染的环保用分子筛、处理放射性废物用分子筛等。城市湖泊、水库、河流等景观水具有水量大，N、p浓度低的特点，因此要求吸附剂对N、P的吸附作用快，且能用作土壤改良剂。这样，富集N、P营养元素的吸附剂就可用于农业生产，改良土壤并增加肥力。当然，如果吸附剂能够用工业废物加工制造，从而以废治污，对建设资源节约型、环境友好型社会，发展循环经济则具有相当的社会、经济、环境效益。沸石就是这样一种吸附剂。1．6．1沸石在水处理方面的应用研究沸石(Zeolite)是沸石簇矿物的总称，是含水的架状结构铝硅酸盐矿物。直到上世纪50年代末地质学家发现沸石矿物是火山沉积的主要组分后，它才从博物馆的陈列品变成一种新型工业矿物，并引起了世界各国的关注。我国自1972年首次在浙江省发现天然沸石矿以来，在沸石开发应用方面取得了进展，其应用领域已从工农业各部门扩展到国防工业和尖端科技。在天然沸石中，工业价值较大的有斜发沸石、丝光沸石、菱沸石和毛沸石等。除了天然沸石外，还有合成沸石和人造沸石。在人工制造这个含意上，人造沸石可算作合成沸石的一种。人造沸石与合成沸石的差别在于，合成沸石主要采用水热合成法，成本高，性能好，主要应用于石油化工等领域；人造沸石是利用氢氧化钠等碱性溶液处理火电厂的废弃物——粉煤灰而制成。粉煤灰是粉煤燃烧后的细粒分散状残余物，主要来源于电厂粉煤炉以及沸腾炉。我国仍以煤碳为主要能源，随着经济建设的飞速发展，粉煤灰的排放量与日俱增，其中只有极少部分被再利用于水泥和混凝土等建材中，剩余的大量粉煤灰被作为固体废弃物就地堆放或填埋，不仅占用大量的土地，而且造成严重的环境污染。粉煤灰的处理利用一直是当今世界面临的一大环保问题。因此，开发具有应用价值的高附加值产品是粉煤灰综合利用的方向。大多数天然沸石由火山灰在含有碱性的溶液中反应形成。在自然条件下，由于温度、压力较低，且土壤溶液仅略带碱性，沸石的生19 第1章概论成速度缓慢。天然沸石的开采又受到沸石含量和选矿方法的限制，远不能满足需要。粉煤灰主要由铝硅酸盐非晶形玻璃相物质(主要是Si02和A1203)、晶相物质(主要是a．Si02)、莫来石(2S102·3A1203)、磁铁矿(Fe304)、赤铁矿(a-Fe203)以及少量没有燃烧完全的碳组成，其中玻璃相物质在合成沸石反应中起关键作用，因为玻璃相比晶相容易溶解于碱性溶液。天然条件下，火山灰中的玻璃相在热的地下水作用下转化为沸石。因为粉煤灰的主要成分与火山灰非常相似，这为人工合成高附加值沸石材料产品提供了可行性。以往合成沸石主要利用灿(OI-I)3等工业原料，价格昂贵，不易形成规模生产。由于电厂粉煤灰可为人工合成沸石材料提供大量的Si02和A1203源，所以人们尝试将粉煤灰这种固体废弃物资源化利用，得到高附加值产品，满足循环经济发展的战略要求。利用粉煤灰合成沸石不仅提高粉煤灰产品的科技含量和附加值，拓展了粉煤灰的利用途径，而且为人工合成沸石找到了一种廉价的原料。就其自身经济价值而言，每吨粉煤灰的售价约为几十元，但合成沸石后其售价即可达到上千元f3543】。天然沸石、人造沸石和合成沸石比较见表1．3：表1．3天然沸石、人造沸石和合成沸石比较表；比较项目天然沸石人造沸石合成沸石pH值6~8伊12可自由控制粒子形状不定形球形球形或圆柱形粒子直径可通过粉碎加工进行调节5—100lJm0．1IJm以上微孔直径0．6--O．8rimO．5～10rim0．3rim以上比表面积20—35m2／gl00～150m2／g400m2／g以上CEC(阳离子交换量)50--170meq／1009100～200mcxl／1009400--600meq／1009电荷负负．吸附力弱可自由控制吸油能力自重的0．5~0．7倍自重的1．3～1．5倍自重的1．0--2．0倍吸湿能力20卅O％20一50％50％价格·30--10015t元／kg100--200日Yr_Jkg数百日Yr,／kg注：·价格为日本国内的参考价格，在我国还没有人造沸石生产项目。20 第1章概论国外从1970年代起，就开始有应用沸石进行水处理方面的报道。Mercer[44]利用美国He：cwr产的斜发沸石研究证实：沸石对NH4+的选择性吸附高于一般的有机阳离子交换树脂，使用二级沸石柱处理氨氮(NH3-N)浓度为18．5mg／L的水，去除率为98％。Koon等145】研究了斜发沸石去除污水中氨和磷酸盐的能力，结果表明：沸石能有效地去除生活污水中90％的氨，但对磷酸盐的去除率仅为60％。Seramens等【稻】研究了斜发沸石对氨氮离子交换与沸石再生模式。Chmielewska-Horvathova等【417l在一个现场中试试验中采用斯洛伐克斜发沸石去除制革废水中的NH4+，沸石用2％NaCl溶液再生，最浓的再生洗脱液用空气吹脱氨。和传统的机械／生物除氨方法相比，此工艺系统投资很少，但运行费用稍高。Bergero等【48】选用欧洲天然沸石矿对渔业循环水进行除氨处理，发现钙十字沸石(Phillipsite)和斜发沸石效果很好，而菱沸石(Chabazite)由于矿石品位低除氨效果差。低温条件下不影响任何沸石的离子交换性能。Singh等149】用13X沸石分子筛去除焦化废水二级处理出水中的氨氮，分析得出影响NI-h+离子交换量的因素包括：接触时间、氨氮浓度、沸石粒径、水力负荷等。用NaCl溶液反复对沸石进行再生，没有引起沸石暗交换量的下降。Booker等【50】选用澳大利亚天然沸石去除污水中的氨，沸石柱连续运行的中试试验表明：进水NH3-N浓度为25～50mg／L，出水可降到lmg／L以下，每克沸石的吸附容量为4．5mgNH3-N。Komarowaki等【511研究了澳大利亚天然沸石对废水中NH4+离子交换的平衡方程和动力学过程。粉末沸石投加量为5-509／L，NH44"离子交换的最佳pH值为5．5，吸附平衡更符合Freundlich吸附等温式。动力学研究表明，90％的NH4+交换发生在10～15min内，平衡时间为1．5～2h。Cooney等【52】对澳大利亚天然斜发沸石的吸附性能进行了测试，指出沸石对污水中NH4+的选择性超过对其它阳离子的选择性。他们用沸石柱对含氨废水进行中试【531，证明沸石柱流速在相当于砂滤滤速时，仍对氨有较好的去除作用。Nguyen等瞰】用新西兰天然斜发沸石和丝光沸石进行污水除氨的试验。按Latagmuir吸附等温式计算，粗粒径(2．眦．83mm)斜发沸石最大吸附量为5．779NH4+／kg，细粒径(O．25,-,0．50mm)斜发沸石为5．74gNm+／kg；粗粒径丝光沸石最大吸附量为8．099NH4+／kg，细粒径丝光沸石为8．28gNrh+／kg。在穿透试验中，进水Ni-h+浓度为100mg／L，当滤速很慢(0．47ram／rain)时，两种沸石无论粒径大小，在运行40BV(BedVolume)时没有穿透，而当滤速提高21 第1章概论到15．9mm／min后，粗粒径沸石几乎立即穿透，细粒径沸石在运行22BV后开始穿透。Rozic等1551用天然沸石去除水中的氨氮，在试验所配的最低NH3-N浓度(100mg／L)下，可取得61．1％的最高去除率。提高NH3-N浓度，氨去除率迅速降低，他们认为这是由于沸石吸附容量有限。在国内，章非娟【56】认为常规的离子交换树脂不具备对氨离子的选择性，故不能用以从污水中去除氨。目前常用斜发沸石(Chinoptilolite)作为除氨的离子交换体。沸石是一种天然的离子交换物质，它对氨离子的选择优于钙、镁和钠等的离子。沸石离子交换法的优点是用过的再生液脱氨后可以重复利用，再生液中的氨可以以游离氨(NH3)或分子氨(N2)形式排入大气，也可以成氨溶液回收后作肥料。刘伯元【571研究认为沸石可用于污水处理。沸石对NH4+有极大的吸附能力，特别是处理水中的氨氮(NH3-N)效果很好。砂滤不能去除的NH3-N，用沸石进行离子交换，几乎完全可以除去。美国、日本已在大、中型水质处理设备上应用沸石，我国也进行了实验室试验。此外，用沸石处理色水也取得了成功。肖举强等f58】通过试验证实活化沸石吸附氨氮容量较高，并考察了粒径、滤速等因素对沸石去除氨氮效果的影响。韩惠茹【59】研究了天然沸石处理含铵废水，并以NaCl溶液为洗脱剂再生沸石。何杰和刘玉林【删用皖南天然沸石矿，以静态和动态法对焦化厂含酚废水进行处理。结果表明：沸石对含酚废水中的NH3-N有明显的去除效果，而对苯酚和COD的去除效果较差。他们还分析了动态试验条件下，天然沸石吸附NH4+的影响因素【611，矿物杂质明显影响着沸石床层的穿透点，小颗粒沸石的吸附效果优于大颗粒沸石，特别是在低温条件下更显著。同时，小颗粒沸石也有利于再生。张晓丽和温俨【62】用天然沸石和用NaCI再生处理后的沸石进行不同氨氮浓度的吸附试验。结果表明：天然沸石和再生沸石对含氨废水均有一定去除效果，沸石除氨机理为沸石对非离子氨的吸附作用和对离子铵的离子交换作用，前者的作用强于后者。李德生等人【63】研究了生物沸石反应器在微污染水源水处理中的应用。生物沸石反应器是以通过特定处理的颗粒沸石作为生物载体的一种固定生物膜处理装置。沸石生物膜能高效去除水中氨氮、亚硝酸盐氮、Mn、有机物、嗅和味，改善色度等。李增新等人畔】综述了天然沸石在环境污染治理中的应用进展，认为其在水污染防治中有着良好的应用前景。杜文华等人165】称同济大学张玉先利用颗粒生物沸石技术净化景观水的中试试验研究已经取得初步成 第1章概论果。潘涌璋等人16+1进行了天然沸石床处理受污染景观水体的试验，得出结论：天然沸石可以去除受污染景观水体中部分有机物、氨氮、总磷和浊度，其中以去除氨氮作用最为明显。天然沸石既具有离子交换的功能，也容易成为微生物附着的载体，这2种功能都能有效地去除景观水中的氨氮等污染物。天然沸石的价格便宜，无副作用，是受污染景观水体水质净化的优良材料。王雅丽等【67】用云南文山州砚山沸石对昆明某小河沟的水进行处理，试验结果表明：该沸石具有较高的脱氮除磷效果。刘丽娜等娜】用粉煤灰吸附去除上海交通大学闵行校区思源湖和清源河中的磷，试验结果表明：粉煤灰对轻度富营养化城市景观水体中磷的直接去除效果较差；对重度富营养化城市景观水体中磷呈现出良好的直接去除效果，具有工程应用前景。粉煤灰含有CaO、Na20、K20等碱性物质，导致处理后pH值超过排放标准，实际工程应用中需采取降低pH值的对应措施。1．6．2活性炭和硅藻土在水处理方面的应用研究活性炭的比表面积达800~2000m2儋，具有很高的吸附能力，其吸附能力与孔隙的构造和分布有关。活性炭的孔隙分为三类：小孔——孔径在20A以下，过渡孔——孔径为20～1000A，大孔——孔径在1000A以上。小孔的比表面积占总比表；面积的95％以上，对吸附量影响最大。过渡孔不仅为吸附质提供扩散通道，而且当吸附质的分子直径较大时(如有机物质)，主要靠它们来完成吸附。大孔的比表面积所占比例很小，主要为吸附质扩散提供通道。活性炭的吸附中心点有两类：一是物理吸附活性点，数量很多，没有极性，是构成吸附能力的主体部分；另一种是化学吸附活性点，主要是在制备过程中形成的一些具有专属反应性能的含氧官能团，如羧基(——℃OoH)、羟基(——OH)、羰基()CO)等，’它们对活性炭的吸附特性有一定的影响。生活污水和工业废水处理用的活性炭，一般均制成颗粒状或粉末状。粉末状活性炭的吸附能力强、制备容易、成本低，但再生困难、不易重复使用。颗粒状活性炭的吸附能力比粉末状的低些，生产成本较高，但再生后可重复使用，并且使用时劳动条件良好，操作管理方便。因此，在废水处理中大多采用颗粒状活性炭。 第1章概论硅胶有天然的，也有人工合成的。天然的多孔Si02通常称为硅藻土，人工合成的称为硅胶，用水玻璃制取。目前作为分离技术所采用的都是硅胶，因为人工合成的多：子Lsi02杂质少、品质稳定、耐热耐磨性好，而且可以按需要的形状、粒度和表面结构制取。和丽萍嘲研究了硅藻土处理城市生活污水。贺明和等人【7明利用硅藻土与混凝剂复配处理城镇生活污水。蒋小红【7l】研究了改性硅藻土处理城市污水。他们认为处理效果比较理想，具有良好的推广应用前景。在硅藻土的开发应用中，王庆中【72】、赵其仁等人f73】研究了其在水处理方面的应用。天然沸石矿可开采加工成碎石状、颗粒状、粉末状沸石。利用火电厂废弃物粉煤灰合成的人造沸石为粉状。粉状沸石吸附N、P可快速达到平衡，能够适应城市湖泊、水库、河流等景观水体水量大，水力停留时间短的特点。但是，粉状沸石不易沉降。为了使粉状沸石和藻类、悬浮物等污染物快速沉降，澄清景观水，必须采用混凝技术，混凝技术本身就可以除磷。1．7混凝沉淀技术混凝的主要作用是通过投加化学药剂把水中稳定分散的微细污染物转化为不稳定状态并聚集成易于分离的絮凝体或絮团。混凝技术最早就是用于除浊和除色，解决水体的感观问题。在近代水处理技术中，混凝技术广泛用于除臭味、除藻类、除氮磷、除细菌病毒、除天然有机物、除有机有毒物等。在现代水污染日益严重而控制要求日益深化的情况下，对除浊和除色已经赋予更深入的含义。造成水体浑浊的颗粒物和造成色度的腐殖质、藻类，都是各种有机有毒微量物质的载体，混凝去除浊度和色度实际上包含着去除有机有毒物的功能。混凝过程是包含混和、凝聚、絮凝三种连续作用的综合过程。混和是混凝剂的分散扩散，凝聚是电中和和凝聚脱稳，絮凝则是形成絮体、絮团。当然，吸附作用贯穿其中更是不可忽视的机理。混凝过程中投加的药剂称为混凝剂或絮凝剂。传统的混凝剂是铝盐和铁盐如硫酸铝、三氯化铝、硫酸铁等。20世纪60年代开始出现并流行无机高分子絮凝剂，例如聚合氯化铁、聚合氯化铝及各种复合絮凝剂，因为性能价格比更好，得到迅速发展，目前已在世界许多地区取代传统混 城市曩观水处理技术研究第1章概论凝荆。近代发展起聚丙烯酰胺等有机高分子絮凝剂，品种甚多而效能优良，但因价格较高且不能完全消除毒性，始终不能代替传统混凝剂而主要作为助凝剂使用。混凝荆投入原水中，最先发生的反应是水解和吸附，这两种反应的速率都十分迅速，难以用仪器实测。一般说来，金属盐混凝剂投入水中要先进行水解然后发生吸附，而预制的聚合类絮凝剂形态稳定，会首先发生在颗粒物的吸附及电中和作用。所以对聚合类絮凝剂而言，吸附是其凝聚絮凝过程中首要的步骤。聚合类絮凝剂的显著特征之一是它对颗粒物的电中和能力。传统盐类混凝剂投加后，在pH较低的水中以单核物形态为主，而在中性水中又往往迅速水解趋向沉淀，其吸附物所带电荷较为微弱，多是以网扑卷扫方式实现絮凝1搿加大了投药量。预制的聚会氯化铝所含A113的形态稳定并有缀高的正电荷，对负电性颗粒物可以直接吸附并进行强力电中和，使颗粒物脱稳絮凝从而以较少的投药量达到除浊效果。水中微细颗粒物和胶体不只是在光学和感观上表现出浊魔，更重要的是它作为载体在微雾面上吸附着各种有机无机微量有害物，因此去除浊度和颗粒物仍是现代絮凝技术和絮凝剂效能的中心环节。为了实现以废治污，建设资源节约型、环境友好型社会，发展循环经济，混凝剂选择聚合氯化铝(PAC)。聚合氯化铝(pAC)是在人工预制时实行强制水解，在特定条件下生成具有氧基桥联四面体铝为核心的Keggin结构羟基镭制品。聚合铝类絮凝荆的生产工艺在国际上比较成熟并趋于稳定，但生产关键环节的技术仍各有不嬲两专剩性很强。我国的聚合铝生产水平和产品质量多种多样，尚不能规格化。我国聚合铝的发展是以废铝灰为原料开始，并且在长时闻内成为我国普遍采用的生产工艺。后来由于废铝灰的来源桔竭并且产品质量粗糙，遂逐渐为其他原料的生产王艺代替。煤矸石是采煤过程中产生的废矿石，它是含碳物和岩石的混合物，主要矿物成分是铝硅酸盐类，焙烧盾半部的灰分中一般含Si02约50％-,,60％，A1203约20％《O％，Fe203约3％弓％。煤矸石在煤矿生产中的弃放量缀大，霹以达到原煤产量的百分之几十，在矿区堆积成矸石山，往往自燃排放含硫烟气，雨水冲刷排出硫酸性废水，造成严重的环境污染问题。由于煤矸石中除尚有可燃成分外，还 第1章概论有许多可回收利用物质。因此煤矸石综合利用早已成为煤矿工业的一种可能的附属产业而有一定发展。综合利用的主要产品有砖和水泥等建筑材料，化工产品则有水玻璃、白碳黑及三氯化铝等，因而从三氯化铝转化为聚合铝自然成为一种可行的选择。在生成三氯化铝成品之前转产聚合氯化铝似是只需调整局部流程即可达到目的，但若生产合格的优质聚合铝并且使它成为有市场价值的产品，就需要通盘考虑多种效益或重新布局新的工艺流程。传统的无机混凝剂与有机高分子絮凝剂联合使用的优点已经得到公认肯定并普遍在生产实践中运用。在无机高分子絮凝剂发展起来以后，把两种高分子絮凝剂联合使用在日本进行了许多实验，并且提出这是絮凝剂发展的最佳方向。的确，它们各自的特征有很多方面是相互补充、相辅相成的。无机高分子絮凝剂与传统混凝剂相比有许多优点，无论是电中和能力还是架桥絮凝能力都有很大改进，但与有机高分子絮凝剂相比则又有不足。从各种性能来看，无机高分子絮凝剂恰处于传统混凝剂与有机高分子絮凝剂之间的位置。有机和无机两种高分子絮凝剂联合使用时，其相加效果主要可以表现在：①确保澄清度，减少残余微细颗粒物；②增大絮团的粒度、强度和吸附活性；③扩大混凝的pH值范围；④增进凝絮生成、沉淀、过滤等过程的速度，缩短流程时间，减少构筑物容积；⑤提高浓缩、渗滤、离心等分离操作的效率和效果；⑥改善污泥的可压缩性，减少污泥体积；⑦节省药剂费用，节省劳动力；⑧操作安全。聚丙烯酰胺(PAM)是由丙烯酰胺单体聚合而成的有机高分子聚合物，无色无味，易溶子水，没有腐蚀性，在常温下比较稳定，高温、冰冻时易降解，并降低絮凝效果，故聚丙烯酰胺的贮存与配制投加时的温度应控制在2～55℃。聚丙烯酰胺产品按纯度来分有粉剂和胶体两种：粉剂为白色或微黄色颗粒或粉末，固含量一般在90％以上，胶体为无色或微黄色透明状，固含量为80／o～9％。按其离子性来分有阳离子型、阴离子型和非离子型三种，阳离子型一般都含有微量毒性，不适宜在给排水工程中使用。聚丙烯酰胺具有极性酰胺基团，酰胺基团易于借氢键作用在颗粒表面吸附。聚丙烯酰胺有很长的分子链，其长度有lOOOA，宽度只有lA，很大数量级的长链在水中具有巨大的吸附表面积，还可利用长链在絮凝颗粒之间架桥，形成大颗粒絮凝体，加速沉降。聚丙烯酰胺的絮凝机理有别于聚合 第l寒概论氯化铝(PAC)等混凝剂的专电位凝聚，其主要以吸附架桥为主，所以只能称为絮凝剂。聚丙烯酰胺是处理高浊度水的最佳絮凝剂之一，在我国从20世纪60年代开始试用以来，已有40余年的历史。经许多科磷、设计单位和高等院校、使用单位以及生产厂家的共同努力，取得了大量的研究成果和使用经验。1．8本研究的目的和内容1．8。1研究背景前已述及，我国城市景观水体污染严重，制约着经济社会的可持续发展，并已经产生了一些水质危机事件，严重威胁着供水安全和人民的身体健康。贵阳市的“母亲河’’——南明河经过三年的环境综合整治，水质仍未达到理想效果。贵髑高原两颗耀眼的明珠——红枫湖和百花湖的水环境闻题圈益严重}硼。水质下降，不能达到规定的水体功能要求；两湖均处于中富营养水平，并有向富营养演变的趋势。黔灵湖水体发黑，透明度极差，严重影响景观效果。要解决城市景观水污染问题，控制污染源是根本和基础。首先要加强对现有污染源的控制和管理，加大治理力度，严格达标排放。同时要杜绝新污染源的产’生。对于工业和生活点源相对来说易于控制和管理，然而对于农业等其它面源污染则难以控制。已经受到严重污染的水体，即便是控制住污染物质的排入，要靠其自然恢复势必相当困难，甚至是不可能的。况且，人类的生产生活频繁，始终会有污染物进入到水体。因此，积极对城市景观水体进行治理才是应有的对策。研究开发具有循环经济价值的治理技术显得相当必要。1．8．2研究目的和意义本研究主要采用沸石吸附和PAC+PAM混凝组合工艺净化城市景观水，并以南明河为例，作为景观水体，重点关注其感观指标——即透明度和色度。由于悬浮固体和胶体物质的存在，使永交浑浊，降低其透明度。永体富营养化的结果是导致藻类大量繁殖，使水变绿色，影响其观感。面引起富营养化的原因在子水中N、P元素过多。所以，本研究目的是去除景观水体的悬浮固体和胶体物质及脱氮除磷，从丽降低其浊度，提高透明度，改善景观效果和提高美学价值，达到提 第1章概论升城市品位，促进招商引资，带动旅游业、房地产业等发展的社会效果。天然沸石虽然成本低廉，但质量不稳定。目前在水处理中应用研究较多的，仍然集中在天然沸石方面。国内有人研究天然沸石处理景观水，证实其有效，但发表的文献并不多见，用人造沸石净化水质的文献资料也很少。本研究的重要内容之一是应用人造沸石对景观水进行脱氮除磷。人造沸石是利用氢氧化钠等碱性溶液处理火电厂的废弃物——粉煤狄而制成。聚合氯化铝(PAC)可由煤矿开采的废弃物——刁某矸石制成。沸石本身具有良好的改良土壤的作用，净水过后的人造沸石含有一定量的氮、磷、有机物等农作物营养元素，可直接用于农业土壤的改良和增肥，这就极具循环经济价值：煤矿开采的煤炭用于发电，产生废弃物粉煤灰，作为原料用来合成沸石，煤矿开采过程中产生的废弃物煤矸石作为原料用来生产聚合氯化铝(PAC)，用人造沸石和聚合氯化铝净化景观水，过后用于农业土壤改良、增肥，克服了物理化学法处理景观水的“二次污染"问题。这一废物资源化利用过程如图1．1所示：图1．1煤矿开采废物资源化利用过程利用火电厂的废弃物——粉煤灰生产人造沸石是日本近年来研发的高新技术，目前在国内虽有这方面的研究，但还没有该类生产项目。该项目符合我国的产业政策和环境政策，对于发展循环经济，建设资源节约型、环境友好型社会具有积极意义。本研究可为引进该项目作前期论证，如果可行，将填补中国人造沸 第1章概论石技术和产品的空白。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》【．75】明确指出，引导和支撑循环经济发展。大力开发重污染行业清洁生产集成技术，强化废弃物减量化、资源化利用与安全处置，加强发展循环经济的共性技术研究。实施区域环境综合治理。开展流域水环境和区域大气环境污染的综合治理、典型生态功能退化区综合整治的技术集成与示范，开发饮用水安全保障技术以及生态和环境监测与预警技术，大幅度提高改善环境质量的科技支撑能力。1．8．3研究内容本研究的主要内容包括：I．确定拟采用的技术方法通过对城市景观水污染现状、原因以及治理研究状况等方面文献资料的调查、分析，确定本研究拟采用的技术方法为吸附分离技术和混凝沉淀技术。II．吸附材料和混凝剂选择确定用于景观水脱氮除磷的吸附材料，并进行XRD定量分析。确定用以去除浊度，提高透明度的混凝剂。III．吸附动力学实验通过天然沸石、日本人造沸石、粉煤灰合成沸石、硅藻土、活性炭对南明河河水及配制氯化铵溶液的吸附动力学实验，确定反应平衡时间和合理的工艺水力停留时间(Hl玎)。Ⅳ．吸附热力学实验通过天然沸石、日本人造沸石对配制氯化铵溶液的等温吸附实验，确定其吸附特性和合理的工艺投加量。29 第1章概论V．吸附与混凝组合实验吸附去除南明河水中的N、P，混凝沉淀去除浊度以提高透明度。vI．吸附+混凝组合工艺处理南明河河水的概念设计 第2章实验技术路线、材料、仪器和分析方法2．1实验总体技术路线实验包括三部分：吸附动力学实验、吸附热力学实验、吸附和混凝组合实验。吸附动力学实验用日本人造沸石、天然沸石、活性炭、硅藻土和微波法人造沸石净化南明河河水，以确定吸附达到平衡的时间；吸附热力学实验用天然沸石、日本人造沸石和洗后日本人造沸石在等温条件下吸附配制NH4Cl溶液，以确定沸石的吸附容量；最后是天然沸石、洗后日本人造沸石吸附和PAC+PAM混凝净化南明河河水实验，以获得组合工艺的净化效果。实验总体技术路线如图2．1所示：吸附动力学实验吸附热力学实验吸附和混凝组合实验2．2实验材料日本人造沸石、天然沸石、活性炭、硅藻土、微波法人造沸石净化南明河河水实验天然沸石、日本人造沸石、洗后日本人造沸石等温吸附Nil3-N实验天然沸石、洗后日本人造沸石吸附和PAC+PAM混凝净化南明河河水实验图2-1实验总体技术路线实验材料有两种：一种为吸附剂，另一种为混凝剂。吸附剂选用沸石、活性炭和硅藻土。混凝剂选用聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)。2．2．1沸石天然沸石矿可开采加工成碎石状、颗粒状、粉末状沸石。利用火电厂废弃物粉煤灰合成的人造沸石为粉状。3l 温东辉176】研究了浙江缙云的天然斜发沸石粒径对NH3-N吸附量的影响和不同粒径(1．¨．2mm、4．肚lO．0mm、8．0~15．0mm)沸石对NH3-N的吸附动力学实验。实验结果显示，沸石粒径越小，吸附量越大。沸石粒径小于5mm时，吸附量比较相近，随着粒径的增大其吸附量开始下降，当粒径大于10mm时，吸附量下降迅速。沸石在前3h内吸附速度很快，到24h后吸附进展极为缓慢，到48h可以认为吸附达到平衡。所谓吸附速度是指单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质的量。吸附速度决定了景观水和吸附剂的接触时间，速度越快，所需的接触时间就越短，反应构筑物的容积就可以越小。对于大规模的景观水，要求吸附剂的吸附速度非常快，这样在反应构筑物中脱氮除磷才具有工程可行性。对一定质量的吸附剂，膜扩散速度与吸附剂的表面积(即膜表面积)的大小成正比。因为表面积与颗粒直径成反比，所以颗粒直径越小，膜扩散速度就越大。孔隙扩散速度与吸附剂孔隙的大小及结构、吸附质颗粒大小及结构等因素有关。一般来说，吸附剂颗粒越小，孔隙扩散速度越快，即扩散速度与颗粒直径的高次方成反比。因此，采用粉末状吸附剂比碎石状和颗粒状吸附剂有利。实验采用三种粉末状沸石：日本人造沸石、浙江天然沸石和用微波法合成的人造沸石。2．2．1．1日本人造沸石利用氢氧化钠等碱性溶液处理火电厂的固体废弃物——粉煤灰为主要原料制成，为工业产品。其包装如图2．2、图2．3：32 图2．2日本人造沸石产品正面图2．3日本人造沸石产品背面日本人造沸石为黑灰色微细颗粒和粉状混合物。2．2．1．2浙江天然沸石产自浙江的天然丝光沸石，由金华市欣生沸石开发有限公司提供。黄色微细颗粒和粉末混合物。2．2．1．3微波法人造沸石原料取自贵阳电厂的固体废弃物——粉煤狄，分别取了粗、细两种不同粒径的粉煤灰进行初步合成试验。合成方法如下：分别取89细粉煤灰装入70mL容积的单体罐溶样杯中，移取事先配好的2moFLNaOH溶液20mL[421入合成釜内杯。在12012、0．2MPa下用微波炉加热20rain、25min、30rain[771，取出合成釜内杯，冷却至室温后，用水反复冲洗至洗液呈中性，在110"C1781烘干，得到合成沸石样品。用同样的方法，分别用粗、细两种粉煤灰在微波炉中加热20rain合成粗、细两种人造沸石。2．2．1．4沸石的XRD定量分析用日本理学公司D／Max．2200型全自动X-射线衍射仪对贵阳电厂的粉煤灰、微波法人造沸石(合成时间20min、25min、30rain)、天然沸石、日本人造沸石作定量分析，结果如图2-4、图2．5、图2．6、图2．7、图2．8、图2-9和表2．1：33 城市景观水处理技术研究第2章实验技术路线、材料、仪器和分析方法图24细粉煤灰X衍射谱图图2-520min合成人造沸石X衍射谱图 城市曩观水处理技术研究第2章实验技术路线、材料、仪器裙分析方法图2-625min合成人造沸石X衍射谱图图2．730min合成人造沸石X衍射谱图3s责手魏师范欠学硬士学位论文 图2-8天然沸石X衍射谱图}OO7·NO，·●，9：5523p●Oe·图2-9日本人造沸石X衍射谱图 表2-1沸石的XRD定量分析结果＼物相石矽辉水钠Grum赤方蒙长红片＼绍英线沸钙菱-antite铁解脱石辉沸萨＼石沸矿石沸石易＼．石粉煤灰18．429．0918．876．9314．2614．3814．054．0020minll。8010．2512。霹827．6213。058．269．2573§30min28．288．5517．0418．9513．759．633．80天然沸石23。7426．602l。74‘3．108。4116。41墨本人造8．3814．4319．00m15．69群18．6l9．838．96沸吞说明；(1p为钙沸石，群为十字沸石，In为Gobbinsite，沸石类基本结构相似，难以区分，可能定性有误。(2)以上为相对百分含量，除天然沸石样品非晶质含量较低外，其它样鼯非晶质含量穰高，结果有误差。(3)25min合成人造沸石含量阉20min，只楚粘土矿物、长石多于20min，故朱列出。(4)沸石鉴定由中科院贵阳地化所重点矿床实验室完成。2．2．2活性炭(Charcoal．activated)重庆川江化学试剂厂生产，分析纯。黑色粉末。2．2．3硅藻±(Kieselguhr)天津市福晨化学试剂厂生产，化学纯。自色或浅灰色粉末，不溶予水、酸和稀碱溶液。具有一定的吸附能力和十分良好的过滤性。2．2．4聚合氯化铝(PAC)2．2．5聚丙烯酰胺(PAM)湖南湘中糙细化学品厂生产，分析纯，MW≥300万。2．3实验仪器积分析方法主要水质项冀、实验仪器和分析方法见表2-2：37 表2．2水质项目、实验仪器和分析方法序水质项目实验仪器分析方法f791号l温度玻璃温度计水温计法2pH值DELTA320型pH计玻璃电极法硫酸钾氧化一3总氮(1N)UV-1601型分光光度计紫外分光光度法4氨氮(Nil3-N)UV-1601型分光光度计纳氏试剂光度法5总磷(11P)UV-1601型分光光度计钼锑抗分光光度法E100-EA型快速6化学需氧量(COD)重铬酸钾法COD微波消解装置7色度比色管稀释倍数法8浊度UV7500型分光光度计分光光度法38 第3章吸附动力学实验所谓吸附速度是指单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质的量。吸附速度决定了景观水和吸附剂的接触时阆，速度越快，所需的接触时闻就越短，反应构筑物的容积就可以越小。对子大规模的景观水，要求吸附剂的吸附速度非常快，这样在反应构筑物中脱氮除磷才可行。吸附动力学实验的目的是获得景观水和吸附剂的接触时潮。根据实验得知，颗粒外部膜扩散速度与溶液浓度成正比。对一定质量的吸附剂，膜扩散速度还与吸附剂的表面积(即膜表面积)的大小成正比。因为表面积与颗粒直径成反比，所以颗粒直径越小，膜扩散速度就越大。另外，增加溶液和颗粒之间的相对运动速度，会使膜变薄，可以提高膜扩散速度。所以要搅拌以使吸附剂和吸附蕨充分接触。3．1鏊本人造沸石净化南明河河水的动力学实验采样鑫期：2007年9秀，采样断面：贵州省环境科学研究设计院附近，承温：20。2℃。3．I。1实验方法在5只烧杯中各装29人造沸石，每闻隔30min用1只烧杯加入200mL南明河河水放在JJ_4型六联电动搅拌器上搅拌，结束后用中速定量滤纸过滤，测定河水和各只烧杯中样品的水质项目：pH值、TN、NHa-N、TP。这样就得到河水与人造沸石接触反应Omin(即未反应)、30min、60min、90rain、120min、150min后的水质项目，即项剐逋反应时间的变化情况。3．1．2检测分析结果39 城市景观水处理技术研究第3章吸附动力学实验3．1．3实验结果分析3．1．3．1pn值人造沸石与河水接触反应后，河水pH值升高，平均值为9．28，超过了GB3838．2002《地表水环境质量标准》(6-9)。这是因为该沸石是利用氢氧化钠等碱性溶液处理粉煤灰而生成的，并且未经洗涤。实验河水中TN随反应时间的变化见图3．1：冬誉V、、诞疑聋0306090120150180反应时间／min——卜一总氮变化曲线一l类水质标准⋯一II类水质标准⋯⋯’Ⅲ类水质标准⋯。一rv类水质标准⋯—’V类水质标准图3．1实验河水中TN随反应时间的变化由图3．1可见，河水TN达不到GB3838．2002的V类水质标准(湖、库，以∞∞∞∞65432●0 N计为2．0rag／L)。人造沸石去除水中TN等物质的机理主要是吸附作用和离子交换作用。该反应过程非常迅速，60min左右后即可达到平衡。尽管该人造沸石未经洗涤，具有较高的碱度，但是仍然具有显著的吸附总氮的麓力，在实验条件下，吸附后，河水总氮浓度从4．93mg／L降低至3．79mg／L，降低了23。12％。3。1．3．3NH3-N实验河水中NH3-N随反应时闻的变化见图3-2：12。OO10。∞_j葛8．00曩蘧6．00袋蚕4．00窆2。OOO．ooO30鳓90l∞150l鼬反应时间／mia-----4t-----河水氯氯变化曲线---41．---氯纯铰溶液氨氮变傀曲线一I类水璇标准⋯一Ⅱ类水簸标准⋯⋯‘疆类求鹱掭攮⋯-一Ⅳ类水质标准⋯—’V类承矮耩准图3—2实验河水和NH4C1溶液中NH3-N随反应时闯的变化从表3-1、图3．1、3-2可以看出，人造沸石吸附河水中总氮、氨氮的变化趋势及数量关系是基本同步的，说明人造沸石吸附河水中氮的侔用，主要是通过吸附氨氮完成的。这一点和已知的沸石结构及其吸附、离子交换性能是一致的。尽管该人造沸石在出厂时没有将剩余碱性清洗至中性，沸石结构中含有大量的可交换钠离子，但是按照交换顺序，氨离子在沸石上的吸附能力比钠离子强，因此能交换沸石中的钠离子。实验结果表明，入造沸石仍然遵循这一规律。因此献理论意义上讲，人造沸石与天然沸石具有同样的净化水体巾氨氮的应用前景。南翳河受到各种污染，是一个复合水体。为考察人造沸石对单一NH3-N溶液和南明河河水中NH3-N去除规律的差异，用氯化铵(N阻C1)溶液傲同样的动力学实验，检测分析结果见表3—2： 城市景观水处理技术研究第3章吸附动力学实验实验结果表明，NH4CI溶液(pH值：6．95)中加入人造沸石后pH值上升，平均值达10．39，说明溶液由中性变为了碱性。这个平均值比河水反应后的平均值(9．28)高，说明河水对碱性人造沸石有缓冲作用。将NH3-N浓度数据绘制在图3-2中，作变化曲线。由图可见，河水NH3-N达不到GB3838．2002的V类水质标准。两个反应过程非常迅速，60min左右后即可达到平衡。河水NH3-N浓度从2．94mg／L降低至1．17mg／L，降低了60．20％。3．1．3．4TP实验河水中11P随反应时间的变化见图3．3：0306090120150lBO反应时问／(rain)——●一河水总磷变化曲线—_．-一磷酸盐培液总爵变化曲线一I类水质枉准⋯一II类水质标准⋯⋯·Ⅱl类水质杯准⋯·一Ⅳ类水质标准⋯—·V类水质标准图3．3实验河水和磷酸盐溶液中TP随反应时间的变化为考察人造沸石对单一TP溶液和南明河河水中TP去除规律的差异，用磷酸盐溶液做同样的动力学实验，检测分析结果见表3．3：42眚!舶肿的舯∞拍∞lOn^1，曩Ev＼趟爱皇 城市暴观水处理技术研究第3毫吸附动力学实验可见，磷酸盐溶液(pn值为3．55)中加入人造沸石后pH值上升，平均值达10．37，说明溶液由酸性变为了碱性。和N】瞰Cl溶液(中性，pn值为6．95)相比可见：尽管磷酸盐溶液为酸性，和人造沸石反应届pH值仍上秀到昶NH4CI溶液相当的水平(10．39)。将仲浓度数据绘制在图3．3中，作变化曲线。由图可见，河水TP达到GB3838．2002的Ⅳ类水质标准。两个反应过程中，TP浓度越来越高，说臻人造沸石含磷，并且在溅水中的释放速度比在磷酸盐溶液中慢60min。进一步做人造沸石在蒸馏水中的浸出实验：在装有29人造沸石的烧杯中加入200mL蒸馏水，搅拌270rain后过滤，测得浸出液中11P浓度为1．18mg／L。遂过计算得出入造沸磊含可交换态磷>10．1lSmg／g。在装有29人造沸石的烧杯孛加入配制的200mL磷酸盐溶液(TP浓度6．00rag／L)，搅拌270min艏过滤，测得反应后磷酸盐溶液中评浓度为5．31mg／L，说明人造沸石对TP浓度较高的磷酸盐溶液有去除作用。．3．2El本人造沸石的洗涤处理日本人造沸石是利用NaOH等碱性溶液处理粉煤灰而生成的。前面的实验表明该人造沸石呈碱性，且含较多的磷。人造沸荔的一个重要用途就是改良±壤，可以用它来改善因酸雨浸染等原因而酸化的土壤，并增强土壤的肥力(磷)。为了研究它对景观水的净化效果，先用HCl，然后用蒸馏水将其洗成中性和洗除其中的磷。3．3天然沸石净纯南甥河河水的动力学实验采样日期；2007年9旁，采样断面；贵州省环境科学研究设计院附近，水滠：15。0"C。43 第3章瑕附动力学实验3．3．1实验方法实验方法同星本人造沸嚣。同样翔矩沸嚣、200mL南鳃河河水，只是反应时间延长到180rain。3．3．2检测分析结果水质项目检测分析结果见表34；表3碡实验河水水履隧反应时间的变化情况3．3。3实骏结罴分砉蓐实验河水中"IN随反应时间的变化见图3礴；^噻霎懿聪西O306090120150180210菠瘟器重鲻(min)----4-．--憩鬣燮鼗魏线一I类水质标准⋯一ll类东质标准⋯⋯’掰类瘩袋棒壤⋯—-Ⅳ类水质标准⋯—。V炭水质豁准甏34实验河水中TN随反应时间的变化由图34可见，河水TN达不剽GB3838．2002的V类水质标准(湖、库，以44∞始辩如鼯铃∞强瞻432lI8咎 第3章吸附动力学实验N计为2．0mg／L)。天然沸石去除水中TN的反应过程非常迅速，30min左右后即可达到平衡。河水总氮浓度从3．76mg／L降低至2．28mg／L，降低了39．36％。3．3．3．2NH3-N实验河水中NH3-N随反应时间的变化见图3-5：总3谜耋主0306090120150180210反应时间(min)-----4,---氨氟变化曲线一l类水质标准⋯一珏类农瑗褥臻⋯⋯·m癸水质标准⋯-一Ⅳ类水质标准⋯一-V类窳震舞壤图3-5实验河水中NH3-N随反应时间的变化出图可见，河水Nit3-N达到GB3838．2002的m类水质标准。天然沸石去除水中NH3-N的反应过程非常迅速，60min左右后即可达到平衡。河水NH3-N浓：度从0．91mg／L降低至0．33mg／L，降低了63。弭％。实验河水中11P随反应时间的变化见图3-6：o．50善gG0．．34。0髓0．20强o．100306090120150180210反应时阅(min)—一总磷变化曲线一王类东矮标准⋯一H类永矮标准⋯⋯-Ⅲ类水腹标准⋯·叫N类求袋摭准⋯—·V类求成标准图3-6实验河水中TP随反应时间的变化45强∞静∞弱∞2l8O 第3章吸附动力学实验由图可见，河水TP达到GB3838．2002的III类水质标准。天然沸石去除水中TP的反应过程非常迅速，60min左右后即可达到平衡。河水TP浓度从0．12mg／L降低至0．07mg／L，降低了41．67％。与人造沸石相比较，在净化河水中磷的作用方面，天然沸石具有显著的优点，在吸附氨氮的同时，也能同步吸附总磷，在处理过程中，基本不具有副作用。从理论上分析，如果清洗措施得当，人造沸石应该具有同样的性能。因此，在今后的人造沸石合成技术中，应该注重清洗技术的开发。3．4活性炭净化南明河河水的动力学实验采样日期：2007年10月，采样断面：贵州省环境科学研究设计院附近，水温：13．5℃。3．4．1实验方法实验方法同天然沸石。用29活性炭、200mL南明河河水。3．4．2检测分析结果水质项目检测分析结果见表3．5：表3．5实验河水水质随反应时间的变化情况3．4．3实验结果分析3．4．3．1TN 第3章吸附动力粼实验河水中TN随反应时闻的变化见图3．7：6．∞5．oo蔷聿。∞暑。3．00堪袋2．00Z正1．00O。OO90120150180葳盛对稠(rain)—■卜．一总氮变化曲线一王类农震搽握⋯一II类水质标准⋯⋯。联类水质标准⋯—’群类求震标准⋯一‘V类水质标准图3。7实验河水中TN随反应时间的变化由图3．7可见，河水"IN达不到GB3838．2002的V类水质标准(湖、库，以N计为2．0rag／L)。活性炭去除水中TN的反应过程非常迅速，30min左右蕨邸可达到平衡。河水TP浓度从4．93mg／L降低至3．64mg／L，降低了26．17％。3．4．3．2NH3-N实验河承中NH3-N随反应时闻的变化见圈3．8：0306090120150180210爱应对蚓(rain)—_．卜一氨氮燮化麴线～l类水质标准⋯一H类水质标礁⋯⋯’璎类承覆标援⋯—tIv懿水质标准⋯—’V类水质标准图3—8实验河水中NH3-N随反应时间的变化由图可见，河水NH3-N达到GB3838．2002的V类水质标准。随着反应的进行，实验河水中的NH3-N浓度先是缓慢下降，60rain左右后达至l最低值。随后，47如姻如辩如∞2lO§^套瑚基v赵爰N-m受 城市景观水处理技术研究第3章吸附动力学实验NH3-N浓度又缓慢上升，150rain时达到实验河水的初始值，并继续上升。对比河水TN变化情况，可见活性炭对河水中的有机氮有一定的吸附去除作用。对无机氮开始有微弱的吸附作用，但是吸附并不牢固，很快又解吸出来。这就说明，活性炭对NH3-N不具有离子交换作用。3．4．3．3TP实验河水中TP随反应时间的变化见图3．9：0306090120150l踟210反应时闻(rain)—◆_总磷变化曲线一I类水质标准⋯一ll类水质标准⋯⋯·Ⅲ类水质标准⋯-一Ⅳ类水质标准⋯—·V类水质标准图3-9实验河水中TP随反应时间的变化由图可见，河水TP达到GB3838．2002的III类水质标准。随着反应的进行，TP浓度上升，在30min左右时迅速增加到最高值0．36mg／L，随后逐渐有所降低。这说明活性炭中含磷，应该是在活性炭的生产过程中混入的。3．5硅藻土净化南明河河水的动力学实验采样日期：2007年10月，采样断面：贵州省环境科学研究设计院附近，水温：13．5℃。3．5．1实验方法实验方法同活性炭。用29硅藻土、200mL南明河河水。∞∞∞加m∞O0O^噻暑v越爨皇． 第3章吸附动力嬲3．5．2检测分析结果水质项耳检测分析结果见表3．6：表3-6实验河水水质随反应时间的变化情况3．5．3实验结果分析实验河水中TN随反应时间的变化见图3．10：030秘90120150lSO210反应时闯(rain)—叫卜一慧氮变化曲线一I类水质标准⋯一联类瘩蓑标准⋯⋯‘HI类水质标准⋯—·1v类水质标准⋯一。V类泰震秣准图3．10实验河水中TN随反应时阀的变化壶圈3．10可见，河水TN达不到GB3838。2002的V类水质标准<湖、库，以N计为2．Omg／L)。硅藻土对河水中TN没有去除作用。3．5．3．2NFl3-N49∞∞∞瓣∞潞∞5432lO^—，嚣垂v谜爱Z_ 实验河水中NH3-N随反应时间的变化见图3．11：03060901201501802lO反应时阅(rain)——卜一氨氮变化曲线——I类水质标准⋯一Ⅱ类水质标准⋯⋯‘m类水质标准⋯。一Ⅳ类水质标准⋯一‘V类水质标准图3一n实验河水中砒13-S随反应时间的变化由图可见，河水NH3．N达不到GB3838．2002的V类水质标准。硅藻土对河水中NH3-N的去除作用很小，反应进行60min后去除率只有5．70％。实验河水中TP随反应时间的变化见图3-12：03060帅120150l舳2lO反应时间(aria)——．-一总磷变化曲线——I类水质标准⋯一lI类水质标准⋯⋯·III类水质标准⋯·一Ⅳ类水质标准⋯一·V类水质标准图3．12实验河水中TP随反应时间的变化由图可见，河水TP达到GB3838．2002的III类水质标准。随着反应的进行，TP浓度上升，在30min左右时迅速增加到0．36mg／L，随后逐渐有些微上升。这勋∞如∞卯∞2la：O^1，柚暑v毯聚N．n_艺如∞∞加m∞O^1／鼬gv越蠖皇． 第3童吸附动力学实验说明硅藻土中含磷，应该是在硅藻土的生产过程中混入的。3．6黯浸出实验由以上的实验得出：日本人造沸石、活性炭和硅藻土中均含磷。为检测其含磷量，做TP浸出实验。分别称取粗、细两种粉煤灰和用它们采用微波法合成的粗、细两种人造沸石、活性炭、硅藻土各29，装入不同烧杯中并分别加200mL蒸馏承，搅拌270rain恁过滤，测浸出液中TP浓度。检测分析结果见表3—7：表3．7各种材料浸蹬液中的TP浓度注：·标注样品由贵州大学崔红梅提供。3．7微波法人造沸石净化南明河河水的实验采样瞄期：2007年lO月，采样断面：贵州省环境科学研究设计院附近，水温：14．0。C。3．7．1实验方法通过日本人造沸石净化南明河河水的动力学实验发现，30min后吸附反应即基本达到平衡。分别称取29细粉煤灰、20min、25min、30min合成人造沸石装入幂同烧杯中，并分剃握200mL南明河河水，搅拌30min书检测各个烧杯中的水质项目，并计算去除率。3．7．2检测分析结果水质项目检测分析结果见表3．8：51 城市景观水处理技术研究第3章吸附动力学实验注：母标注样品由贵州大学崔红梅提供。3．7．3实验结果分析由表3．8可见，细粉煤灰对河水中的TN、NH3-N、TP有微小的去除作用，通过微波法合成人造沸石后的去除作用得到明显增大。比较可见，25min合成的人造沸石效果最好，去除率最高，分别达到47．04％、67．91％、48．00％，比粉煤灰的去除作用分别增大了13、15、5倍左右。粉煤灰合成沸石技术及清洗技术的研究开发已超出本论文研究范围，但是从初步的应用实验结果可以看到，合成条件对于人造沸石的结构、性能均有较显著≥的影响，其处理性能的变化应该和结构变化具有一定的相关性，提示在合成技术研究时，应结合应用实验研究对比探索合成的最佳条件，并注意合成条件变化对于合成沸石结构变化的内在影响。3．8本章小结通过日本人造沸石、天然沸石、活性炭、硅藻土净化南明河河水的动力学实验和微波法人造沸石净化南明河河水的实验，可以得出以下结论：√r、；(1)日本人造沸石和天然沸石都能有效去除河水中的NH3-N，去除率分别为60．20％和63．74％。粉煤灰对NH3-N也有一定的去除作用，去除率只有4．19％，但是用微波法合成人造沸石后，去除率提高15倍，可达67．91％。活性炭对河水中的有机氮有一定的吸附去除作用，对NI-13-N开始有微弱的吸附作用，但是吸附并不牢固，很快又解吸出来。硅藻土对河水中NH3-N的去除作用很小。52 历i瓣)天然沸石可以去除河水中的TP，去除率41．67％。粉煤灰对即也有～定的去除作用，去除率只有8．00％，但是用微波法合成人造沸石后，去除率提高5倍，可达48．00％。西本人造沸石、活性炭、硅藻土含磷，会向河水中释放磷。f度3)粉煤荻用微波法合成入造沸石后，对NH3-N、TP均有显著的吸附作用。合成酶最佳时闽为25rain，在此条件下合成的人造沸磊性能最好。厂j．冀毒)粉状嚣本人造沸石和天然沸磊对NH3-N的吸附反应非常迅速，30mLn左右后即可达到平衡。53 第4章吸附热力学实验固体吸附剂吸附能力的大小可用吸附量来衡量。吸附量qc的测定方法如下：在一定体积V(L)和一定浓度Co(mg／L)的溶液中，投加一定质量m(rag)的吸附剂，经搅拌混合，直到溶液浓度C。(mg／L)不再改变，即吸附达到平衡为止。然后按式4-l计算吸附量qe：qc：三：—(Co--—COV(4．1)qc2一m2——F—04’1)式中，x——吸附剂吸附的溶质质量，mg。在温度固定的条件下，吸附量与溶液浓度之间的关系，称为等温吸附规律。表达这一关系的数学式称为吸附等温式。根据这种关系绘制出的曲线图，称为吸附等温线。①弗兰德利希(Freundlich)吸附等温式Freundlich通过实验(1926年)得出平衡吸附量qc与平衡浓度C。关系曲线的经验方程：qc=KfCel胁(4-2)式中，n、Kf——在一定浓度范围内表达吸附过程的经验常数。将上式改写为对数式：lgqc=l幽+去lgc。(4．3)以lgq。和lgC。为坐标，即可绘制出直线形式的吸附等温线，其斜率等于l／n， 城市景观水处理技术研究截距等予lgKf。1／n称为吸附指数，～般认为l／n介于O．1--0．5之间，则容易吸附，而I／n>2的物质则难以吸附。②朗格缪尔(Langmuir)吸附等温式Langmuir认为固体表面由大量的吸附活性中心点构成，吸附只在这些活性中心点发生，活性中心的吸附律用范匿大致为分子大小，每个活性中心只能吸附一个分子，当表透吸附活性孛心全部被占满对，吸驸量达到饱和值，在吸隧荆表面上分布被吸附物质的单分子层。根据上述假设和动力学原理，推导出相应的吸附等温式如下：m吲熹(4_4)式中，舔——达舞任一乎衡状态时的吸附薰；q：——哒到饱积时的极限吸附量，也就是在固体表面被嚷附质铺满一分子屡时的吸附羹；a——与吸附麓有关的常数；Ce——溶液的平衡浓鹰。Langmuir吸附等温线是～条双曲线，其渐近线为qe=q：a当溶液浓度很大，即Ce静a时，燹lj上式中的a可忽略不计，这时可有：qc=q：即平簿吸附量铷等于饱和吸附量(极限吸附量)q：；滥溶液浓度很小，即C。“a时，则上式分母中的Ce可忽略不计，这时便有：。一g?皤一一口55 第4章吸附热力学实验式中立为一常数，这说明此时平衡吸附量与平衡浓度成正比，在等温线上口为直线区段。当溶液浓度C。=a时，则有：qc=qO／2此式说明常数a值等于溶液的平衡浓度时，平衡吸附量即达到饱和吸附量的一半。将Langmuir式两边取倒数，得：土：旦×当-I-上(4．55)一=一×一——(4．)qeq：Ceq：通过实验数据，可由上式求得a和q：。4．1天然沸石等温吸附Nil3-N的实验4．1．1实验方法根据前面的吸附动力学实验结果，搅拌30min即可认为反应达到平衡。配制一系列NH3-N初始浓度Co不同的M山Cl溶液(溶液温度：10．0。C)，在装有29天然沸石的各个烧杯中分别加入100mL不同Co的配制溶液，搅拌30min后过滤，测定各个平衡浓度C。，并按公式4．1计算天然沸石的平衡吸附量qc。4．1．2实验结果测定的平衡浓度Cc和计算的吸附量qc、lgC。、lgqc、1／Ce、1／qe见表4-1：56 第4章吸懒学实验q。=9,42Cd(178．18+Ce)O．130．281．002．266．627．909-104．1．3求解Freundlich吸附等温式以lgC。和lgqe为横坐标和纵坐标，绘制直缓式的吸附等温线如图4一l：1．501．000．50一∞0。00O．一O．50-I．00：，∥，·少枷一-∞毛￡--o--实验熹线式吸附等温线——Freundlich直线式吸附等温线图4．1天然沸石对Nit3-N的直线式吸附等温线由图4．1可见，1／n=0．6017，lgKf=一0．9031。计算得n；1．66，Kf=O．12。则天然沸石对NH3-N的Freundlieh吸附等温式为：qc=0．12Cel71-561／n一0．6017，说明天然沸石对NH3-N容易吸附。 第4章吸附热力学实验对每一个测定平衡浓度C。用上式计算吸附量q。填入表4．1。作天然沸石对NH3-N的吸附等温线如图4．2：25．0020．∞嵩15．00皇霎10．00餐5．∞O．∞0．002000．004000．006000．OO平衡浓度Ce(船／L)+实验吸附等温线+Freundlich吸附等温线图4．2天然沸石对NH3-N的吸附等温线由图4·l可见，在中浓度段(21．22SC。_<5086．95，1．33冬lgC。§．71)lgC。和lgq。的线性关系较好，在低浓度段(2．48冬C。521．22，0．39SlgC。-<1．33)lgC。和lgq。的线性关系不好，导致在整个浓度段内lgCc和lgq。的线性关系不好(相”关系数R2=0．931)。因此，在图4-2中可见Freundlich吸附等温线与实验吸附等温线拟合得不好。舍弃低浓度(C。_2．48，5．44)，重新拟合见图4．3：1．201．000．80寸舅O．60一．卜实验直线式吸附等温线——Freundlich直线式吸附等温线图4-3天然沸石对NH3．N的直线式吸附等温线(中浓度段)58 第4章吸黝学实验由图缸3可见，在中浓度段lgQ和lgqe的线性关系较好(相关系数R2=0．9961)。1／n=0．4051，lgKf=·0．3431。计算得11—2．47，Kf—O．45。则天然沸石对NH3-N的Freundlich吸附等温式为：讯一0．45Cel忍·耵I／n一0．4051，说明天然沸石对NH3-N容易吸附。对中浓度段的每一个测定平衡浓度Ce用上式计算吸附量qc填入表4-l。作天然沸石对WH3-N的吸附等温线(中浓度段)如图锚：稠莲餐。+实验吸附等温线+Freundlich吸附等温线图44天然沸嚣对NH3-N的吸附等温线(中浓度段)由图钳可见，在中浓度段，Freundlich吸附等温线与实验吸附等温线拟合得很好。对要求达到的NH3-N平衡浓度Ce，可用Freundlich吸附等温式qc=0．45C。1朋7(21．22SG_<5086．95)计算天然沸石的吸附量qe，从而计算天然沸石的用量。4．1．碡求解Langmuir吸附等温式戬1／Ce和l垛为横坐标和纵坐标，绘制宣线式的吸附等温线如图4．5：59责姨瞬范大学硕士学位论文 城市景观水处理技术研究第4章吸附热力学实验0．00000．10000．20000．30000．40000．5000I／C。+实验直线式吸附等温线——Langmuir直线式吸附等温线图4·5天然沸石对NH3-N的直线式吸附等温线由图4-5可见，在整个浓度段l／q。和1／C。线性关系较好(相关系数R2=0．9904)。由1／qco=0．1062，a／qO=18．923，石对NH3-N的Langmuir吸附等温式为：qc=9．42得qco=9．42，a=178．18。则天然沸178．18+G对每一个测定平衡浓度Ce用上式计算吸附量q。填入表4-1。作天然沸石对NH3-N的吸附等温线如图4．6：16．OO14．OO12．00{10．00、一8．00■莲6．00督4．002．000．002000．004000．006000．00平衡浓度Ce(mg／L)实验吸附等温线+Langmuir吸附等温线图4-6天然沸石对NH3-N的吸附等温线∞a；也L豇t乳互L玑．F、一 第4章吸懒学实验由图4-6可见，在中高浓度段(56．31竖C。<5086。95)Langrauir吸附等温线与实验吸附等温线拟合得不好，僮是在中低浓度段(2．481Ce<56。31)Langmuir毅酣等温线与实验吸附等温线攘合得缀持。焉天然沸石净化景观水中靛NH3-N，要求达到的NFl3-N平衡浓度Q非常低。因此谢用Langmuir吸附等温式qc一9．42Ce／(178．18+Cc)(OSC。<56．31)来计算天然沸石的吸附量q。，也可用Langmuir吸酣等温线上的壹线区段鳇qc—qOCga锑．0528磊(O茎Ce鐾。48)来计算天然沸石的吸附量qe，从砸计算天然沸石的用量。4．2送本人造沸石等温吸辫NI-Ia-N的实验凄．2。1实验方法同天然沸磊熬等温暖酣实验。溶液温度：10。Q℃。4．2．2实验结粟测定的平衡浓度ce帮计算的吸附量啦、lgC,、Igqe、1／毪、1／qc觅表碡t：表4-2匿本人造沸石等湓吸附NH3-N实验缩果4．2．3求解Freundlich吸附等温式以lgC,和lgqe为横坐标帮缴坐标，绘制实验直线式吸附等湿线糊Freundlich61 城市景观水处璎技术骈究豢4章吸燃蝴童线式吸附等温线如图4．7：2。蓦§2．OOl。嚣§1．00鬟0．50O。OOe．一O．50—l。∞-1．50!一+实验直线式吸附等瀣线——Freundlich直线式吸醛等温线圈拳7鹜本人造沸石对NH3-N瀚誊线式吸附等温线亩圈4．7霹见，I／n=O．7309，IgKf=-0．8127。计算得娃一1．37，Kf=O．15。刚霹本人造沸嚣对NH3-N的Frcundlich吸辫等溢式为：qc=§。15C毒溉3，t／n—O．粥盼，说葫嚣本入造沸石对NH3-N客荔吸附。对每一个溺定平衡浓度‰用土式计算暖附量舔壤入表睨。作西本入造沸蘸对NH3-N的实验吸附等温线和Freundlieh吸隧等滠线翔黧4-8：S毒。辩70．∞艿§。00帮50．∞一40，∞鬻萋∞．辨20．ool臻，器0O．000。002000．004000．006000．00警瓣滚蠹秘(19／L，叫一窝验吸附等温线Freundlich暇辩等漱线圈扣8日本人造沸石对NH3-N的吸附等温线62 由圈4-7可见，在中浓度段(3．531蛾受17．53，O．55SlgC。盟．34)lgCe和Igqe的线性关系较好，在低浓度段(3．05鬟Cc叠．53，0．485tgC。翊．55)和高浓度段(217。53冬＆_<4774+11，2．34鬟IgC孽_<3．68)lgCe和lgqe懿线性关系不好，导致在整个浓度段内lgCe和lgqe的线性关系不好(相关系数R2=0．8655)。因此，在圈4．8中可见Freundlich吸附等温线与实验吸附等温线拟舍得不好。舍弃低浓度段(O．10茎&塑。34)彝高浓度(217．53SCc_<4774。11>，重薪拟会，俸篡本人造沸石对NH3-N的直线式吸附等温线和Freundlich直线式吸附等温线(中浓度段)如图4．9：1．401．20l。OOO。瓣O．60霪0．400．20e．灏一o．200，-0．40一O．60l毁20,9201lgCe。O·8679¨少⋯-502．oo2·￡--O--实验直线式吸附等湿线——Freundlich直线式吸附等温线圈4-9西本人造沸石对NH3-N的矗线式吸附等温线(中浓度段)由圈4-9可见，在中浓度段IgCe和lgqe的线性关系较好(相关系数R2=0．9745)。1／n一0．9201，lgKf=．0．8679。计算褥11—1．09，Kf=e．14。鲻Et本人造沸石对NH3-N的Freundlieh吸附等温式为：啦=O．14Cel71胂I／n兰0。9201，说骥鎏本人造沸蓉霹NH3-N不容易暇辩。对中浓度段(3。53兰磊翌17。53)酶每一个测定乎德浓度鼓蔫上式计算吸附量‰填入表4—2。作网本人造沸石对NH3-N的实验吸附等温线和Freundlich吸附等温线(中浓度段)如图4．10：舔赛镬舔藏穴学硬壹学位谂文 35．0030．0025．00鼬曹20．00嘲15．00莲瞽10．005．000．002000．0014000．006000．00平衡浓度Ce(mg／L)+实验吸附等温线+Freundlich吸附等温线图4．10日本人造沸石对NH3-N的Freundlich吸附等温线(中浓度段)由图4．10可见，在中浓度段(3．53SC。：5217．53)，Freundlich吸附等温线与实验吸附等温线拟合得很好。对要求达到的NH3-N平衡浓度C。，可用Freundlich吸附等温式qe=O．14C。1儿凹(3．53SC。_<217．53)计算日本人造沸石的吸附量qc，从而计算日本人造沸石的用量。一4．2．4求解Langmuir吸附等温式以1／C。和1／q。为横坐标和纵坐标，绘制日本人造沸石对NH3．N的实验直线式吸附等温线如图4．11：+实验直线式吸附等温线图4．11日本人造沸石对NH3-N的实验直线式吸附等温线 第4童吸附熟．力学实验由图4·11可见，在整个浓度段1札和l／Ce线性关系不好，但是在申高浓度段(13．87茎Q_<4774．11，0．0002墨1／Ce娜．0721)l／q0稻l繇线性关系很好。舍弃低浓度段(3．05SC0茎13．87)进行拟合，俸强本人造沸石对NH3-N的实验直线式吸附等温线和Langmuir直线式吸附等温线(中高浓度段)如图4-12：叫一实验基线式吸附等滠线——Langmuir直线式吸附等温线图4-12日本人造沸石对NH3埘的直线式吸附等温线(中高浓度段)由图4-12可见，在中高浓度段(13．87SC。_<4774．11，0．0002S1／Co郢．0721)I／qe和l／铙线健关系非常好(相关系数R2=0．9996)。由1／qg=0．0313；a／秽嗡．9351，褥qO=31。95，鑫一221．57。嬲毯本入造沸石对NH3-N熬Langmuir吸附等温式为：啦=31潞熹对孛高浓发段(13．87墨鼓_<4774。11)的每一伞测定平衡浓度铙耀上式计算吸附量冁填入表4．2。作日本人造沸石对NH3-N的实验吸附等温线和Langmuir吸附等温线(中高浓度段)如图4．13：65 第4章吸附热力学实验35．OO30．0025．00∞奢20．00嘲15．00莲督10．005．OOO．002000．004000．006000．00平衡浓度Ca(mg／L)一实验吸附等温线-．41-．-Langmuir吸附等温线图4-13日本人造沸石对NH3．N的Langmuir吸附等温线(中高浓度段)由图4一13可见，在中高浓度段(13．87SC。_<4774．11)Langrauir吸附等温线与实验吸附等温线拟合得较好。因此，对要求达到的NH3-N平衡浓度C。，可用Langmuir吸附等温式q。=31．95CJ(221．57+C。)(13．87SCc_<4774．11)来计算日本人造沸石的吸附量‰，从而计算日本人造沸石的用量。4．3洗后日本人造沸石等温吸附N]Ha-N的实验4．3．1实验方法同天然沸石的等温吸附实验。溶液温度：10．0℃。4．3．2实验结果测定的平衡浓度C。和计算的吸附量q。、lgC。、lgq。、1／C。、1／qc见表4—3： 城市景鼹鹳蛾术研究第4章玻附热力榭qe(mg／g)0．190．422。174．2221．3625。7129．24_--●一IIIIIi,_---__-l____-______●_____---_---_________-___-_____--I---___-___--I●__-Ⅷ--___-_●_____-●_-_______-_-_--_______--_-●-______-__●-__tgCo0．120．280。901．262．042。753．681LI1[II---____●_-_-_-___●-__--一‘lgqe国．72∞。38O．340．621．331．411．47l，&0。筠鳓0。52570。12680．05490．00920。00l80．∞隰___-_●删iiiiiiIiiiiiiiiii__---___--__-_-_-_--_______-_--__-___-____-_-__-_--_____--●__-●-_____-_●●-__-___-__--______-__-___-___I／qe5。232．390．460_240。050．040。03‰=0．25C。1，l～0．461．824．0722．65‰=24．57CJ(82．47+C。)2．144．4513．9721．柏24．15--_-_____--_----●一iiiiiiiiiI]IiiIlml_-___-_-___---●_--●_______-_l-______--●-_--_4．3．3求解Freundlieh吸附等温式以lg瓯和lgqe为横坐标和纵坐标，绘制实验直线式吸附等温线如图4．14：2。0霉1．501．OO蒜0．50筑∞O．—_o．50一1．00；◆。／1‘0⋯一．oo4．(叫卜实验直线式啜鬻等温线图4-14洗后圈本人造沸石对NH3-N的实验直线式吸附等温线由图4·14W见，在整个浓度段lgqe和IgC。线性关系不好，但是在中浓度段(t．90SCe_<108。71，0．28SIgCo虫．04)lgq。稻lgCe线性关系穰好。舍弃低浓度段(1．31竖Cc墨l+90)鞠离浓度段(108。71鬟Ce_<4774。11)进行擞合，作洗爝豳本人造沸石对NH3-N的实验直线式吸附等温线和Langmuir直线式吸附等温线(中浓度段)始圈4。15： 第4章吸燃粼1．801．401．20l。辩0．80囊o·鳓“0。400．20O．∞啼．舻--0．40一O．辩i_。夕。睁卢L∞扎秘。崩z_叫_实验赢线式吸附等漫线一鼢eu嬲lieh赢线式吸附等温线图4．15洗后日本人造沸石对NHrN的直线式吸附等温线(中浓度段)出图4-15砸见，在中浓度段(1．90篓Ce_<108。71)lgC。和lgqe的线性关系较好(相芙系数R2=0．9942)。1／n一0．9611，lgKf=．0．5967。计算得n=1．04，Kf=0。25。瓣洗嘉麓本人造沸器黠NH3-N的Freundlich吸附等潺式为：岱=§．25Ce弧辩t／n一0．9611，说蹭洗藤舀本人造沸石对NI-Ia-N容易吸附。对中浓度段(1．90SCe_<108．71)的每一个测定平衡浓度Ce用上式计算吸附量氇填入表如3。俸洗磊墨本天逵沸石辩NH3-N的吸附等温线彝Freundlieh吸附簿温线(中浓度段)如图4，16；3S．舀嚣30．OO2S，∞鲁20．00寰15．00教躲10．00鑫。OOO．OOO．002000+004000t∞6∞也OO警瓣旅整如C=8／L)_一蜜验啜辩镩溢线-．O--Freundlieh吸辫等濑式图4-16洗嚣霜本人造沸石对NH3-N的Freundlich吸附等滠线(中浓度毂) 由图4-16可见，在中浓度段(1．90SC。_<108．71)，Freundlieh吸附等温线与实验吸附等温线拟合得很好。对要求达到的NI-13-N平衡浓度Ce，可用Freundlich吸附等温式‰一o．25ccl惩瓣(1．90SC。_<108．71)计算洗螽冒本人造沸石的吸附量铋，从面计算洗后日本人造沸石的用量。4．3．4求解Langmuir吸附等湿式以1／Co和l确e为横坐标鞠纵坐标，绘制洗后墨本人造沸石对NH3-N的实验直线式吸附等温线如图4-17：叫卜-实验直线式吸附等温线图4-17洗后嗣本人造沸石对NH3-N的实验直线式吸附等漫线由图4-17可见，在整个浓度段l硒。和1／c,线性关系不好，但是在中高浓度段(7．89≤Q_<4774．11，0．0002S1／C。郢．1268)1／qo和1／Ce线性关系很好。舍弃低浓度段(1．31竖C。g．89)进行拟合，作洗后网本人造沸石对NH3-N的实验直线式吸附等温线和Langmuir蛊线式吸附等温线(中高浓度段)如图4-18：国贵强耀范大学硬士学位论文。 第4章吸嫩叻学实验+实验直线式吸附等温线——Lang_uir直线式吸附等温线图4．18洗后日本人造沸石对NI-13-N的Langmuir直线式吸附等温线(中高浓度段)由图4。18可见，在中高浓度段(7．89茎Ce_<4774．11，0．0002S1／C。翊．1268)1／q。和1／C。线性关系很好(相关系数R2=0．9982)。由1／q。。=0．0407，a／qe。=3．3564，得q。O=24．57，a=82．47。则洗后曰本人造沸石对NH3-N的Langmuir吸附等温式为：qc=24．57熹：对中高浓度段(7．89SCe_<4774．11)的每一个测定平衡浓度C。用上式计算吸附量qe填入表4—3。作洗后日本人造沸石对NH3-N的实验吸附等温线和Langmuir吸附等温线(中高浓度段)如图4—19：35．OO30．0025．00、20．00寰15．00崔E昏10．005．00O．000．002000．004000．006000．00平衡浓度Ce(ml／L)+实验吸附等温线+Langmuir吸附等温线图4．19洗后日本人造沸石对NH3-N的Langmuir吸附等温线(中高浓度段) 由圈4-19可见，在中离浓度段(7．89SC。_<4774．11)Langrauir吸附等温线与实验吸附等温线拟合得不好，只是在偏中浓度段(7．895Ce<18．22)拟舍得较好。因此，对要求达到静NHa-N平簿浓度磊，可蔫Laagmuir吸附等涅式《。鬻24．57CJ(92．47+∞(7。89基Q<18．22)来计算闷本人造沸石的吸附量q霉，从而计算日本人造沸石的用量。在偏高浓度段(18．22SC。_<4774．11)，用此式计算偏差较大。4。4本章小绪通过天然沸石、酲本人造沸石、洗嚣匿本人造沸石对NH3-N的吸附热力学实验及求解Freundlich和Langmuir吸驸等温式_和拟合吸酣等湿线，可以褥塞以下结论：(1)对子实验吸附等温线，在整个平衡浓度Q范围内，无论是采用Freundlich还是采朋Langmuir吸附等温式都不能完全拟合得很好，但在～定的C。范髑内可以羧合德穰舞，并可以分段拟合。根据实验数据(平衡浓度&和平褥吸附量qe)，计算lgCe和lgq。并作数点图，在lgqe和l蛾线性关系好的浓度段求取Freundlich吸附等温式：计算1／C。和1／qc并作散点圈，在l，q。和I／C。线性关系好的浓度段求取Langmuir吸附等温式。(2)天然沸石的Freundlich吸附等湓式秀冁一0．45Cel,"2．47(21．22SCe$5086。95)，基本人造沸磊的Freundlich吸附等温式先q搴=O。14Cc“1·牌(3。535Q_<217．53)，洗履日本人造沸石的Freundlich吸附等温式为qcm0．25C。1几04(1．90gC。5108．71)。天然沸石的Freundlich吸附等温式比人造沸石的的适用范围要大得多。获实验结果来看，洗蜃爨本人造沸石对NH3-N的吸附性能好予曩本人造沸石，而日本人造沸石的吸附性能好予天然沸石。从吸附指数I／n来者，洗厢日本人造沸石的指数>西本人造沸石的指数>天然沸石的指数。可见，吸附指数I／n越大，吸附性麓越好。≤3)天然溱石懿Langmuir吸酣等温式每一9．42CJ(178，18+∞(静冬Ce§6．31)，_日本人造沸石的Langmuir吸附等温式qe=31．95CJ(221．57+C0(13。87SC。_<4774．11)，洗后霞本人造沸霜的Langmuir吸附等温式qe=24．57cJ(82．47+1、责耱l褥蕊大学硬±学德谂文 第4章吸麟叻籼co)f(7．895C。<18．22)。天然沸石的Langmuir吸附等温式可以适用于很低的平衡浓度，但总的适用浓度范围较小。日本人造沸石的Langmuir吸附等温式适用用的浓度范围大，餐不适用于很低的浓度。洗后日本人造沸石的Langmuir吸附等温式适用范围较小。 第5章吸附和混凝组合实验由前面的吸附实验可知，天然沸石和人造沸石可以有效去除景观水中的N、P营养耨质。采耀粉状沸石，对N、P的吸附速度徭快，搅捧30min蘑反痰即可达到平衡。但是，水中投加沸石弗搅拌后变孝导相当浑浊，因为粉状沸石在水中的沉降性能较差，而粉煤灰合成的人造沸石在水中的沉降性能很差。实际应用中必须快速分离沸蠢和承。混凝技术可解决这一褥题，荠且混凝技术就可以除磷。P茂e和PAM联合使用时一般是分秀先后授赧，投加逑点释分隔时闻视永震和处理设施情况嚣定。常见穷式是曹先投入PAC实现凝聚脱稳，隔一定时闯蜃投加PAM加强絮凝。这种操作方式可以充分发挥PAC和PAM各自的优点，但在运行和设施的复杂程度上有更高要求。5．1天然沸石吸附和PAC+PAM混凝净亿南明河河水采样日期；2007年12丹，采样断面；贵州省环境科学研究设计院附近，水溢：12。O℃。5．1．t实验方法配制5％：517．521．【78】马骏，田彦文，王海彦。t3沸石的微波制备及修饰网。材料与冶金学≈报，2005，4(4)：281．285．[79】国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会．水和废水监测分析方法[M3。第4版。北京：中国环境科学嫩版社，2∞2．'