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摘要
人工湿地已逐渐成为农村生活污水消纳的重要方式，通过就地利用菜地改建小型湿地系统可能是实现生活污水就地消纳和资源化利用的一种有效途径，其中菜园土与吸附材料的组合直接关系着对水体污染物氮磷的净化。选取沸石、谷壳、活性炭、陶粒4种材料和当地菜园土作为试验材料，用比表面积孔径分析仪、扫描电镜和Ｘ射线（EDX）对其进行表征，通过等温吸附试验分别筛选出对氮和磷吸附效果较好的沸石和陶粒，并以菜园土为主体设置三个占比梯度（100%、80%、60%），对应沸石和陶粒设置梯度（0%、10%±10%、20%±10%）进行比例组合，构成菜园土:陶粒:沸石质量占比组合：F1（10:0:0）、F2（6:2:2）、F3（8:1:1）、F4（8:2:0）、F5（8:0:2）、F6（6:1:3）和F7（6:3:1）。在低、中、高3种生活污水负荷下，通过吸附动力学试验筛选出去除效果最好的基质组合。结果表明：活性炭、陶粒的比表面积(35.72、33.23 m2/g)和微孔体积(2.20×10-1、8.251×10-2 cm2/g)相比谷壳、活性炭和菜园土大，沸石和陶粒表面呈粗糙多孔结构，谷壳和菜园土则较光滑；Freundlich和Langmuir等温吸附模型均能较好地拟合5种基质对氨氮(NH4+-N)、磷（P）的吸附，各基质对NH4+-N的饱和吸附量显示沸石（2.00 mg/L）>陶粒（1.47 mg/L）>菜园土（1.17 mg/L）>活性炭（0.99 mg/L）>谷壳（0.21 mg/L），对P的饱和吸附量显示陶粒（1.28 mg/L）>活性炭（1.25 mg/L）>沸石（1.16 mg/L）>谷壳（0.80 mg/L）>菜园土（0.50 mg/L）；7种基质组合对NH4+-N和P的吸附具有相似的动力学特征，Elovich方程、双常数速率方程和一级反应动力学方程均能较好地模拟基质组合对不同污染负荷条件下氮磷的吸附规律。各基质组合对氮、磷的吸附速率随着时间的增加呈现出先快后慢，经12～48 h吸附后浓度基本趋于稳定。综合考虑各基质组合对氮磷的去除，并结合菜地改造的简易性和可操作性，选取效果最优的基质组合为F4（菜园土:陶粒:沸石=8:2:0），其对3种不同污染负荷下氮磷的吸附量分别为0.36～0.68和0.10～0.39 mg/L。
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单位农业部; 湖南大学; 湖南省农业环境生态研究所
