基于LDHs覆膜改性的垂直流人工湿地基质净化机理及其对主要污染物靶向去除研究

With more and more constructed wetlands used in the ecological restoration of contaminated water, the characteristics of substrate become one of the main factors restricting the development of constructed wetlands. This research is aiming at common vertical-flow constructed wetland substrate such as anthracite, zeolite and so on, which are modified by special LDHs film. The changes of the physico-chemical properties in the substrate and purification effects before and after modification will be contrasted. The purification mechanism of major pollutants treated with modified substrate will be studied. The analysis on the main factors to influence the purification effects by the processing of modification technology and the modelings about the targeted removal of major pollutants by the modified substrate based on LDHs film will be carried out. In order to realize efficient eco-restoration on different water with the different modified substrate, the characteristics of purification efficiency used the layered double hydroxide film on the media will be revealed, and the targeted removal relationship of one-to-one correspondence with the type of coated metal compounds, proportion and the types of pollutants will be explored.

随着人工湿地技术越来越多地应用于受污染水体的生态修复中，作为湿地系统净化主体之一的基质研究开始受到重视。本项目以无烟煤、沸石等常见的垂直流人工湿地基质为研究对象，利用LDHs特殊构型优势对基质进行覆膜改性，分析基质改性前后物理化学特性的差异及其对主要污染物净化效果的变化，研究改性基质对水体主要污染物的净化机理，并结合改性工艺对污染物净化效果影响因素的分析，进行基于LDHs覆膜改性基质对水体主要污染物的靶向去除研究，揭示层状双氢氧化物膜对水体主要污染物的净化特性，探索合成LDHs覆膜的金属化合物种类和配比与污染物类型之间一一对应的靶向去除规律，以达到采用有针对性的基质覆膜改性方式高效修复受不同类型污染物污染水体的目的。

随着人工湿地技术广泛应用于受污染水体的生态修复中，作为湿地系统净化主体之一的基质研究越来越受到重视。本项目以无烟煤、沸石、生物陶粒、蛭石、砾石等五种常见垂直流人工湿地基质为研究对象，利用层状双金属氢氧化物(LDHs)的特殊构型优势，分别选取三种二价金属化合物和三种三价金属化合物合成9种不同类型LDHs，对五种原始基质（不同粒径）进行覆膜改性，分析了基质改性前后物化特性的差异及其对主要污染物净化效果的变化，研究了改性基质对水体主要污染物的净化机理，并结合改性工艺对污染物净化效果影响因素的分析，进行了基于LDHs 覆膜改性基质对水体氮磷污染物的靶向去除研究，探索了合成LDHs 覆膜的金属化合物种类和配比与污染物类型之间一一对应的去除规律。. 经过为期四年的实验研究，主要结果如下：在碱性条件下采用金属摩尔比(M2+ : M3+)为2:1的两种二价和三价金属化合物溶液共沉淀即时生成LDHs，并将其覆膜于基质表面的改性方式是可行的，改性后的各种基质对CODCr、总氮、氨氮、总磷、溶解性总磷、磷酸盐的净化效果均有不同程度的提高；其中，无烟煤、沸石、生物陶粒三种基质的提升效果尤为明显。综合比较不同粒径的各种类型基质改性效果，中、小粒径的原始基质、改性pH值为11时的改性基质具有更优的净化效果。对筛选出的合成LDHs金属化合物类型及原始基质种类进行进一步的靶向去除及其净化机理研究发现，Zn系LDHs覆膜改性沸石、生物陶粒基质对磷素的净化具有较高的提升效果；改性使基质的饱和吸附容量得以提高，并使基质对磷酸盐的主要吸附类型由物理吸附向化学吸附转换；Mg系LDHs覆膜改性无烟煤、沸石基质对总氮、氨氮均具有较高的去除效果，其机理在于吸附作用、微生物作用的提升。. 通过本项目的研究，证明了LDHs覆膜改性垂直流人工湿地基质的可行性，验证了改性对污水中氮磷净化效果的提升作用，达到了采用有针对性的基质选择及其覆膜改性方式，利用人工湿地基质强化除磷脱氮以高效净化富营养化水体的目的。