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活性炭對(duì)兩種濕地系統(tǒng)凈化效率的影響
文章作者:韓研網(wǎng)絡(luò)部 更新時(shí)間:2025-6-18 14:41:56

  活性炭對(duì)兩種濕地系統(tǒng)凈化效率的影響

  濕地系統(tǒng)在廢水處理中扮演著重要角色,能夠有效去除氮、磷等污染物。人工濕地(CWs)和自然沉積物濕地(SWs)是兩種廣泛應(yīng)用的濕地類型,因其生態(tài)友好和成本效益而備受關(guān)注。活性炭以其高吸附性能被引入濕地系統(tǒng),以提升污染物去除效率。本文基于一項(xiàng)研究,詳細(xì)探討了活性炭在CWs和SWs中的凈化效率,特別是在低和高污染負(fù)荷下的表現(xiàn),重點(diǎn)分析其對(duì)總磷(TP)、銨(NH4+)和硝酸鹽(NO3-)的去除效果。

  研究設(shè)計(jì)

  研究涉及兩種濕地系統(tǒng):

  人工濕地(CWs):使用礫石基質(zhì)并添加2千克活性炭,濕地高度70厘米,直徑25厘米,種植8株菖蒲。

  自然沉積物濕地(SWs):使用自然沉積物基質(zhì)并添加2千克活性炭,濕地尺寸為70厘米×50厘米×60厘米,種植24株菖蒲。

  實(shí)驗(yàn)在兩種污染負(fù)荷下進(jìn)行:

  低污染負(fù)荷:NH4+8mg/L,TP1mg/L,NO3-12mg/L。

  高污染負(fù)荷:NH4+15mg/L,TP3mg/L,NO3-20mg/L。

  研究通過測量TP、NH4+和NO3-的去除率,評(píng)估活性炭對(duì)濕地凈化效率的影響,并分析其對(duì)微生物群落的作用機(jī)制。

  低污染負(fù)荷下的凈化效率

  在低污染負(fù)荷條件下,活性炭在CWs和SWs中的表現(xiàn)差異顯著,具體如下:

  總磷(TP)去除:在活性炭中,TP去除率隨時(shí)間呈對(duì)數(shù)下降趨勢。然而,在ASW中,活性炭的添加限制了TP的去除,表明其在自然沉積物濕地中的磷吸附能力較弱。

  銨(NH4+)去除:活性炭的NH4+去除率為84.90%,顯著高于ASW的77.88%,顯示CWs在氮污染物去除方面的優(yōu)越性。

  硝酸鹽(NO3-)去除:活性炭的NO3-去除率為66.79%,遠(yuǎn)高于ASW的33.13%,表明活性炭在CWs中對(duì)硝酸鹽的去除效果更佳。

  圖1:活性炭在低污染下的凈化效率。

  高污染負(fù)荷下的凈化效率

  在高污染負(fù)荷條件下,活性炭在CWs中的表現(xiàn)依然優(yōu)于SWs,具體數(shù)據(jù)如下:

  總磷(TP)去除:活性炭的TP去除率為91.93%,但低于未添加活性炭的CWs(97.18%)。在SWs中,ASW的TP去除率為70.79%,低于未添加活性炭的SWs(75.97%),表明活性炭在SWs中限制了TP的去除。

  銨(NH4+)去除:活性炭的NH4+去除率為89.84%,顯著高于ASW的58.53%,顯示出CWs在高負(fù)荷下對(duì)氮污染物的優(yōu)異處理能力。

  硝酸鹽(NO3-)去除:活性炭的NO3-去除率穩(wěn)定在75.94%,而ASW僅為8.08%,表明活性炭在SWs中的NO3-去除效果較差。

  圖2:活性炭在高污染下的凈化效率。

  微生物影響

  活性炭的添加對(duì)濕地系統(tǒng)的微生物群落產(chǎn)生了顯著影響。在活性炭中,微生物多樣性和豐富度低于未添加活性炭的CWs。然而,活性炭顯示出較高的化學(xué)異養(yǎng)代謝和硝酸鹽還原代謝,這可能有助于其在NH4+和NO3-去除方面的高效表現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn),ACW中變形菌門(Proteobacteria)占比最高(43%為Thauera屬),這可能與氮污染物的高去除率相關(guān)。

  作用機(jī)制

  活性炭在CWs和SWs中的凈化效果差異主要源于其物理和化學(xué)特性:

  自然沉積物濕地(SWs):活性炭的表面電荷和孔隙結(jié)構(gòu)不適合磷吸附,導(dǎo)致TP去除受限。此外,活性炭影響了SWs中的微生物豐度和水體pH穩(wěn)定性,可能進(jìn)一步降低了凈化效率。

  人工濕地(CWs):活性炭通過支持反硝化細(xì)菌或提供生物膜形成表面,顯著增強(qiáng)了高污染負(fù)荷下NO3-的去除效率。

  統(tǒng)計(jì)分析顯示,污染負(fù)荷與濕地類型之間存在顯著交互作用,對(duì)氮和磷的去除效率產(chǎn)生重要影響。

  活性炭對(duì)兩種濕地系統(tǒng)凈化效率的影響研究表明,活性炭在人工濕地(CWs)中對(duì)氮污染物(如NH4+和NO3-)的去除效果顯著,特別是在高污染負(fù)荷下。然而,在自然沉積物濕地(SWs)中,活性炭可能限制TP的去除,并對(duì)微生物群落產(chǎn)生負(fù)面影響。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)濕地類型和目標(biāo)污染物選擇性地使用活性炭,以優(yōu)化凈化效率。

文章標(biāo)簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質(zhì)活性炭,木質(zhì)活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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