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活性炭對兩種濕地系統(tǒng)凈化效率的影響
文章作者:韓研網(wǎng)絡部 更新時間:2025-6-18 14:41:56

  活性炭對兩種濕地系統(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。本文基于一項研究,詳細探討了活性炭在CWs和SWs中的凈化效率,特別是在低和高污染負荷下的表現(xiàn),重點分析其對總磷(TP)、銨(NH4+)和硝酸鹽(NO3-)的去除效果。

  研究設(shè)計

  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。

  實驗在兩種污染負荷下進行:

  低污染負荷:NH4+8mg/L,TP1mg/L,NO3-12mg/L。

  高污染負荷:NH4+15mg/L,TP3mg/L,NO3-20mg/L。

  研究通過測量TP、NH4+和NO3-的去除率,評估活性炭對濕地凈化效率的影響,并分析其對微生物群落的作用機制。

  低污染負荷下的凈化效率

  在低污染負荷條件下,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去除率隨時間呈對數(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%,遠高于ASW的33.13%,表明活性炭在CWs中對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。

  高污染負荷下的凈化效率

  在高污染負荷條件下,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在高負荷下對氮污染物的優(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菌或提供生物膜形成表面,顯著增強了高污染負荷下NO3-的去除效率。

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

  活性炭對兩種濕地系統(tǒng)凈化效率的影響研究表明,活性炭在人工濕地(CWs)中對氮污染物(如NH4+和NO3-)的去除效果顯著,特別是在高污染負荷下。然而,在自然沉積物濕地(SWs)中,活性炭可能限制TP的去除,并對微生物群落產(chǎn)生負面影響。因此,在實際應用中,應根據(jù)濕地類型和目標污染物選擇性地使用活性炭,以優(yōu)化凈化效率。

文章標簽: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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