粉煤灰的外文翻译

攀枝花学院本科毕业设计（论文）

外文译文

院（系）：生物与化学工程学院

专业：环境工程

姓名：王硕

学号：200810903031

指导教师评语：

签名：

年月日

译文：

粉煤灰陶粒给人工湿地的废水除磷试验研究

Shiwei Cao1,2, Wei Chen1,*and Zhaoqian Jing2

1.College of Environmental Science and Engineering, Hohai University, 210098 Nanjing,

China.

2.College of Civil Engineering, Nanjing Forest University, 210037 Nanjing, China. 1.文章信息：

历史条：

2011年12月2日录用

2012年2月23日在网上能用

2.关键词：

粉煤灰陶粒人工湿地陶瓷基质除磷

3.摘要：

这篇论文研究了用粉煤灰陶粒辅助去除废水里的磷这一课题。首先, 概述这两种粉煤灰陶粒的基本的物理和化学性能。在那时，废水里磷的吸附容量是在静力区间实验里检测的,在这个实验里也检测了温度和接触时间长短对此造成的影响。粉煤灰陶粒对磷的最大吸附容量是0.892 mg·g-1,它们的吸附过程被描述成一个相关系数大于0.85的单一的水平变量的动力学模型。此外,对磷有高吸附能力的粉煤灰陶粒作为基质被连续不断地应用于处理人工湿地里的废水上面。值得注意的是,在这钟环境下采用粉煤灰陶粒很明显地去除了废水里的磷，而且处理过后，废水里的磷和溶解的正磷酸盐总量分别小于0.4 0 mg·L-1和0.20mg·L-1,而且对磷的去除率达到90%。结果表明,粉煤灰陶粒可以作为人工湿地里的高效基质来提高除磷能力,并且能够减少对人工湿地的地区需要。

4.引言：

人工湿地是一个复杂的生态系统,它把物理(如过滤和吸附)、化学(如离子交换和沉淀物)、生物(如微生物分解和植物同化)治疗机制结合在了一起,并据此提供了一个去除废水中有机物、氮和磷(P) 的理想的平台（Hametal, 2010)。人工湿地对生化需氧量和悬浮固体的去除率相当高,但对磷的去除率却很低(在常规过

程中仅占30%)(宋和赵,2006)。因此,提高人工湿地中磷的去除率已成为当前研究的焦点。对于人工湿地而言，除磷主要由基质来完成的，因此,选择一个恰当的对磷有良好吸附能力的基质是很重要的。（Brixetal.2001;元和景,2005)。粉煤灰陶粒是由发电厂的固体废物——粉煤灰制作而成，它有望成为理想的基质。它的表面粗糙、结构多孔、价格低廉。更重要的是,它不仅具有像铝和二氧化硅那样对废水中的污染物有良好吸附能力的活性部位,而且也包含一些能够对污染物起化学作用的钙(Ca)、铁(铁)和其他成份。因此,它已作为基质被广泛的应用于处理城市生活污水和工业废水上面(向和李,2006)。

在目前的研究中应用的是两种由不同的粉煤灰所制成的粉煤灰陶粒。我们对它们的物理结构和化学成分以及对磷的吸附能力进行了系统的检测。此外,对磷具有高吸附能力的粉煤灰陶粒作为基质被连续不断地应用在处理含有磷的人工湿地的废水中。这种粉煤灰陶粒的除磷的特点在之后被进行了详细的研究，结果是用粉煤灰陶粒作为基质有助于对人工湿地的维护和管理。

5.材料和方法:

5.1材料的来源和理化特性:

粉煤灰陶粒的原材料是从两个不同的发电厂(图1)精选出来的,编号I及编号II 的球形粉煤灰陶粒从外观上看是有轻微的颜色差别的。为确保基质拥有尽可能大

的表面积和足够的孔隙度来避免同一时间段内的拥挤，低温共烧陶瓷的颗粒大小是3至5毫米(朱和朱,2000)。用光谱测定法对这两种粉煤灰陶粒的化学元素进行了测试(表1)。这两种类型的粉煤灰陶粒中的化学元素主要是氧、硅、铝、铁和钙，但是质量和原子组成成份有很大的不同。编号I 中的粉煤灰陶粒中钙的质量占

23.16%,原子的组成成份占12.13%，也就是说,它是一个高钙的粉煤灰。由于在烧制过程中碳没有被完全氧化，编号II 的粉煤灰陶粒中碳的含量占8.67%。

编号I 和编号II 中的粉煤灰陶粒的表面结构和内部孔隙结构都是由电子显微镜(图2)测定的,这个测定表明编号I 和编号II 的粉煤灰陶粒的表面和内部孔隙都比传统的人工湿地基质更为成熟。然而, 编号I 的粉煤灰陶粒有一个内部晶体结构,这有利于物理和化学吸附作用以及生物膜的形成。

编号I 和编号II 中粉煤灰陶粒的内部孔隙度是由一个压汞仪测定的。这两种粉煤灰陶粒的平均孔隙大小稍微有所不同，分别是20.4纳米和22.0纳米。然而，编号II 的粉煤灰陶粒的孔隙度是54.69%，还有79.605m 2g -1的孔隙面积，这比编号I 的47.83%的孔隙度和23.325 m 2g -1的孔隙面积要大。物理吸附的基本理论表明编号II 的粉煤灰陶粒吸附能力应该比编号I 的强。

5.2关于粉煤灰陶粒对可溶性盐活性磷(PO 43- )在水中的吸附作用的静态实验

固体吸附剂溶质在溶液中的吸附可被描述成单层动态模型[7] 。

微分式是：

c k

d d t

c 1-= 常用的表达式是：)1(1t k t e A q --=

在这个表达式中: q t 是粉煤灰陶粒对磷酸盐的吸附能力(mg·kg -1)：t 是接触时间（h ），k 1是单层动力学速率常数(h -1)，A 是初始浓度的相关系数；

为确定最佳的吸附容量负荷，这两种不同质量的粉煤灰陶粒被分别放入每升5毫克的100毫升的PO 43-溶液中,并在特定的温度下完全振荡(速度是每分钟160个转数)。初步试验表明,20克的粉煤灰陶粒有最大的吸附容量,因此用这个量来研究吸附能力。每小时有5毫升的上层清液被去除和被滤纸过滤掉,就这样试验下去直到磷的浓度不再改变。粉煤灰陶粒对磷的吸附容量和吸附率取决于PO 43-的浓度的改变。除尘温度分别设定在15±1.20±1°C 或25±1°C 来确定温度对PO 43-的吸附能力。这个PO 43-的浓度是由Anti-Mo-Sb 分光光度法(8)测定的。(检测水和废水的标准方法。编辑部,北京,2002)。

5.3关于粉煤灰陶粒辅助去除人工湿地中的磷的连续试验

由于编号II中具有高吸附能力的粉煤灰陶粒是从基本的物理和化学特性以及磷的吸附实验中确定的,4个能够每天处理5m3d-1的污水的宽度为1.5米和长度为6.4米的框架也被加到了常规基体设计[9]的人工湿地中。（李和曾2009)(图3) 被河水污染的污水可以被生物滤池预先处理。一条500毫米宽的分开处理渠道被置在前面和一个1×1.5米的清理池被置在人工湿地的末端。沙砾(30厘米高)被置在人工湿地的底部，粉煤灰陶粒作为中间层用以提高除磷能力，然后再把一个25厘米厚的沙层置在顶部来供养植物根系。夏天，连续的户外试验能够使水生植物享有充足的光照。长有巨大的根系的旱伞草(莎草莎草科)被种植在前三帧和美人蕉(美人蕉

家庭、美人蕉属)被种植在第四帧。环境的温度为25 — 30°C。

连续的试验存在着两个阶段。在第一个阶段,有系统的运行直到废水的除磷率稳定。研究粉煤灰陶粒的除磷特性曲线在此阶段进行。第二阶段始于去除率稳定后,三个抽样的港口分别位于三个沿湿地的框架中，然后被用于研究沿湿地的除磷变化。因为已经处理的水实际上是被污染的河水,磷在水中就表现出了不同的形态。为综合研究粉煤灰陶粒的除磷能力,磷的总数(TP)和可溶性盐活性磷(PO43-)都被进行了测试。这个PO43-的浓度是用Anti-Mo-Sb分光光度法测定的，水样品的消化与每一硫酸盐[8](检查水和废水的标准方法，编辑部，北京,2002)中磷的总浓度量也是用相同的方法来确定的。磷的总范围和污水中PO43-分别是1-1.8 mg·L-1和0.8-1.4 mg·L-1。

6.结果和讨论

6.1粉煤灰陶粒对PO43-的吸附能力的静态实验

编号I和编号II中的粉煤灰陶粒的PO43-吸附法的动力学特性是由不同的温度

决定的(图4)。磷酸盐吸附法和朗缪尔波等温方程式是一致的——随着温度的增加,吸附容量也随之而增大。温度是影响吸附的主要因素。随着温度的升高, PO43-的能量克服了粉煤灰陶粒表层薄膜的阻力，允许粉煤灰陶粒的内部孔隙中的磷的扩散,所以表面吸附的有效性增加[10](赵和周,2007)。编号I中的粉煤灰陶粒是由高钙的粉煤灰制成,因此它比编号II中的能够吸收更多的磷。编号I中的粉煤灰陶粒的钙含量是编号II中的十倍,所以,从理论上来讲,前者对磷的吸附能力应该是后者的10倍。然而,实际结果是只有1.5倍。这表明粉煤灰陶粒对磷的吸附能力不但和钙的含量相关,而且和在吸附过程中粉煤灰陶粒的表层吸附能量所发挥的重要作用相关。

这两种类型的粉煤灰陶粒对磷的吸附能力随着接触时间的增加而增强(图5)。当接触的时间为3小时时, 编号I中的粉煤灰陶粒的吸附能力是1.28、1.06和1.03倍，与之相对应的是，当接触的时间为1小时时分别是15°C、20°C、25°C。对编号II中的粉煤灰陶粒而言，各自的比率为1.03、1.05和1.04倍。接触时间的长短影响了对磷的吸附能力,尤其是对编号I中的粉煤灰陶粒而言。当接触的时间增加，物理吸

附和化学沉积也随之增加，对磷的吸附能力也跟着均匀地增强。对于15、20、25°C 而言,吸附平衡在3个小时内就能实现，这意味着吸附平衡的温度受时间的影响是很小的。磷的吸附过程可以被准确地描述为一个相关系数约为0.90 q max的单层级动态模型(表2)，这是粉煤灰陶粒对磷的最大吸附能力的相关系数。

对物理和化学性质的试验结果以及对磷的吸附能力的试验结果表明，编号I中的粉煤灰陶粒是适合作为基质来进行连续试验以提高人工湿地的除磷能力。

6.2粉煤灰陶粒在人工湿地里辅助除磷的连续试验

编号I中的粉煤灰陶粒作为基质被应用于人工湿地除磷和污水中磷的总数的实验如下。PO43-的浓度和渗流稳定的磷总量在0.10–0.40 mg·L-1和0.01–0.22 mg·L-1。在前三天的连续试验中, 这个装置的除磷率有增加的趋势,磷总量的去除率达94.03%和磷酸盐的去除率达94.95%,然后除磷率开始逐渐减小,但保持大于70%的

比率。随着试验的进一步进行,除磷率逐渐增加,直到最终达到90%。

人工湿地中用基质除磷涉及到物理吸附法、化学反应和微生物降解。PO43-能够很容易和金属离子发生反应(如: Fe3+, Al3+和Ca2+),或者被水生植物同化，或是从水中分离出来。有机磷通过物理作用能够被吸附到基片上，然后被磷细菌降解,因此也就与水分离。把这个实验的结果和用粉煤灰陶粒做的静态实验的结果相结合，就意味着人工湿地的最初实验的高除磷率取决于粉煤灰陶粒对磷的高吸附能力，这种能力是被物理吸附和化学吸附驱动的。(Ozacar,2003)。物理吸附能力小且容易达到饱和状态,然而，化学吸附由于这些元素(即主要为铝、铁和钙)和磷的反应,因此更稳定。在最初的实验进行中，粉煤灰陶粒对磷的吸附能力主要是物理的和表面的。然而，随着物理吸附的逐渐饱和，化学吸附成为去除磷总量的主要因素，并逐渐稳定在80%左右。随着实验的继续进行,微生物开始在基质的内部空间繁殖。

在实验中，除磷率在后来增加可能有两个原因:一是微生物参与除磷和植物根系的生长同化了磷。生长的根系还有一些其他有助于的微生物大量增长的功能，这些功能包括供氧气通过叶、茎和根的传送。有氧状况存在于根部周围区中,但是在远离根部的地方也有低氧的和厌氧的（Schulzetal,2003 )状况。这种环境有益于磷细菌把有机磷降解成无机磷,而无机磷能够被水生植物的根同化。然后，细菌的作用恢复了粉煤灰陶粒的一些物理吸附能力。

在连续七天的操作中,磷总量和沿人工湿地的PO43-的的去除率逐渐增加(图6),

但是主要的去除是在前两个框架。在流进第三帧前，磷总量和PO43-的去除利率达到80%,此时的去除率略有增长。人工湿地中前两帧的吸附能力应该能确保对污水除磷。与传统的基质相比，粉煤灰陶粒有更强的除磷能力和能够得到更高的除磷率,这可以减少人工湿地在任何地区的需求。对治理环境中的废水来说，这是一个有益的贡献。

7.结论

(1)两种类型的粉煤灰陶粒的物理和化学性能都是通过电子显微镜和SEM / EDS能量色散谱的扫描加以描述的。两种类型的粉煤灰陶粒都显示具有多孔的结构和粗糙的表面。然而,相比编号II中的粉煤灰陶粒, 编号I有一个更高的钙含量(即23.16%)和更粗糙的内部结构。

(2)粉煤灰陶粒对PO43-的吸附能力的静态实验表明,它们的吸附特性和朗缪尔波等温方程式里的描述是一致的。编号I和编号II的粉煤灰陶粒对磷的最大吸附容量分别为0.892 mg .g-1和0.597 mg .g-1。在两种情况下都需要用3个小时的时间达到吸附平衡,整个吸附的过程可以被描述成一个单级动力学模型。

(3)在人工湿地中用粉煤灰陶粒进行连续的除磷试验表明粉煤灰陶粒是可以和环境兼容的，而且明显地提高了物理和化学的处理效果。污水中的磷总量和磷酸盐的浓度在处理之后分别稳定在0.10~0.40 mg·L-1和0.01~0.221 mg·L-1，以及它们的去除率达到90%。

目前的结果表明,粉煤灰陶粒能够作为人工湿地中的一种高效的基质来提高除磷率,而且这可以减少对人工湿地的地区需求。

致谢：

国家自然科学基金资助项目(50638020)" 城市水循环过程中的水质变化和安全技术”“江苏省环境研究项目 (2009005)和江苏省高校自然科学研究奖助金计划(08KJB610003)。

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译文原文出处：

曹师伟，魏晨等，粉煤灰陶粒给人工湿地的废水除磷试验研究，非洲生物技术杂志，2012年2月23日，11卷(16)第3825 –3831页