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人工湿地作为一种新型的污水处理技术,具有投资少、运行管理方便、美化环境等优点,基质作为人工湿地的骨架,其化学组成、粒径大小等都是影响湿地净化效果的重要因素。攀钢集团的高炉渣是我国特有的高钛型高炉渣,具有极大的潜在价值。然而,大量的含钛高炉渣每年仅仅作为建筑材料添加剂进行粗犷利用,渣中钛资源无法得到充分的利用,造成严重的有价资源浪费。本文通过静态吸附实验探究了含钛高炉渣对氨氮和磷的吸附性能,研究了含钛高炉渣、转炉炼钢渣和石子作为人工湿地基质对污水的净化效果,探究了含钛高炉渣中含钛矿物相对水体中污染物的光催化降解性能,最后通过对实验前后基质进行XRF(X-ray fluorescence) 、 FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 、 DTA-TG(Differential Thermal and Thermogravimetric Analysis)表征,分析讨论 了不同基质对污染物的去除机理。主要研究结论如下:(1)准二级动力学模型能很好地描述含钛高炉渣对氨氮和磷的吸附。Langmuir等温模型更适合描述渣对氨氮和磷的吸附过程,含钛高炉渣对氨氮的吸附虽然能在常温下自发进行,但是吸附能力很弱,在浓度变化较大的情况下,难以维持较好地去除效果;对磷的吸附易在常温下自发进行,浓度变化较大也能够维持良好的磷去除效果。(2)不同基质的小试系统对氨氮、总氮和总磷的去除效果随着水力停留时间的增加呈现不同的变化趋势。其中,TZ (含钛高炉渣+植物)系统在HRT=5d时,对氨氮和总氮的去除达到稳定状态,浓度分别为7.44mg/L和14.17mg/L,去除率分别为74.50%和70.77%,能够达到城镇污水处理厂排放标准中氨氮和总氮的一级排放标准(15mg/L);对总磷的去除效果显著,虽然有一定的波动,但在不同水力停留时间条件下,浓度均不超过0.27mg/L,去除率几乎达到100%,完全符合城镇污水处理厂排放标准中总磷的一级排放标准(0.5mg/L)。试验过程中发现,菖蒲的种植对小试系统上部氨氮的去除有一定的影响,而对总氮和总磷的去除没有显著的影响;夏季,小试系统上部对氨氮、总氮和总磷的去除效果优于春季。(3)湿地中的氮主要以有机氮和氨氮的形式存在,其中有机氮来源于土壤。春季,各个小试系统中氨氮的沿程浓度变化不大,TZ (含钛高炉渣+植物)和SZ (石子+植物)系统中有机氮的沿程浓度变化不大,GZ (转炉炼钢渣+植物)系统中有机氮上部浓度低于下部浓度,各个小试系统中总磷浓度随着水流方向从左往右,自上而下逐渐降低,且在上部总磷去除率就已达到80%;夏季,TZ和GZ系统中氨氮上部浓度低于下部浓度,SZ系统中氨氮的沿程浓度变化不大,各个小试系统中有机氮的沿程浓度变化不大,总磷的下部以及出水口处浓度略高于上部。(4)光催化结果显示:无光照条件下,小试系统上部氨氮浓度在7.94～10.01mg/L,光照条件下,小试系统上部氨氮浓度在6.22～7.68mg/L,而硝态氮、亚硝态氮和有机氮浓度在试验过程中基本不变,因此推测含钛高炉渣在自然光条件下,对含氮化合物有一定的光催化降解能力,主要是对氨氮的降解,同时还包含硝酸根的还原。(5)实验前后基质的XRF、FT-IR和DTA-TG数据结果显示:与实验前相比,含钛高炉渣和转炉炼钢渣的P的含量均有明显的提高,而石子中P的百分比含量基本不变;含钛高炉渣中出现CO32-的振动峰,转炉炼钢渣中Ca-O的振动峰强度减弱,出现N-H的振动峰,石子中没有新的化学键生成;在25～200℃范围内,含钛高炉渣和转炉炼钢渣的失重百分含量增加,石子的失重百分含量基本不变。表明含钛高炉渣和转炉炼钢渣对水中氮磷的去除主要依靠化学吸附,石子主要是依靠物理截留。