目錄\f摘要 1Abstract 1第1章導(dǎo)論 31.1文獻(xiàn)綜述 31.1.1印染廢水的特點(diǎn)及危害 31.1.2印染廢水處理方法 41.1.3生物炭填料的作用及研究現(xiàn)狀 51.1.4零價(jià)鐵填料的作用及研究現(xiàn)狀 61.2研究目標(biāo)與內(nèi)容 71.3技術(shù)路線 8第2章材料與方法 102.1實(shí)驗(yàn)材料 102.2人工濕地裝置的構(gòu)建 102.3人工濕地裝置的運(yùn)行 112.4水樣的采集與測定 122.5植物毒性研究方法 122.6數(shù)據(jù)分析 13第3章結(jié)果與討論 143.1不同人工濕地對印染廢水的處理效果 143.1.1不同人工濕地出水pH值變化情況 143.1.2不同人工濕地出水DO變化情況 153.1.3不同人工濕地對COD的去除效果 163.1.4不同人工濕地對TP的去除效果 183.1.5不同人工濕地對氨氮去除效果 193.1.6不同人工濕地對硝態(tài)氮去除效果 213.1.8不同人工濕地對總氮去除效果 223.2不同人工濕地對染料的去除效果 233.3不同人工濕地出水毒性研究 25第4章結(jié)論與展望 274.1研究結(jié)論 274.2研究展望 27參考文獻(xiàn) 29生物炭與零價(jià)鐵強(qiáng)化人工濕地凈化印染廢水效果研究摘要TC"摘要"\fC：我國是重要的紡織品生產(chǎn)與出口國，印染廢水產(chǎn)生量大且成分復(fù)雜，近年來，開發(fā)對該類廢水經(jīng)濟(jì)有效的處理技術(shù)一直是研究熱點(diǎn)。本研究以生物炭與零價(jià)鐵作為人工濕地基質(zhì)，設(shè)置低、中、高三種不同的印染廢水污染負(fù)荷，評估不同基質(zhì)及不同污染負(fù)荷對人工濕地處理印染廢水效果及出水毒性的影響。結(jié)果表明，人工濕地對印染廢水凈化效果良好，生物炭、零價(jià)鐵填料的添加可以顯著減少污水中有機(jī)物、氮磷污染物含量，降低出水毒性。添加雙功能基質(zhì)的生物炭+零價(jià)鐵濕地對廢水中染料、COD、NH4+-N、NO3--N、TN的去除效果最好，在濕地運(yùn)行穩(wěn)定后，平均去除率分別能達(dá)到：99.18%、91.65%、85.22%、98.28%以及93.48%，且出水毒性最低，因此選用鐵碳濕地可以達(dá)到印染廢水凈化的最佳效果。關(guān)鍵詞：人工濕地；印染廢水；生物炭；零價(jià)鐵StudyontheEffectofBiocharandZero-valentIronEnhancedArtificialWetlandinPurifyingPrintingandDyeingWastewaterAbstractTC"Abstract"\fC:Chinaisanimportanttextileproducerandexporter,printinganddyeingwastewaterisproducedinlargequantitiesandhasacomplexcomposition,inrecentyears,thedevelopmentofeconomicalandeffectivetreatmenttechnologyforthiskindofwastewaterhasbeenaresearchhotspot.Inthisstudy,biocharandzero-valentironwereusedasthesubstratesofartificialwetland,andthreedifferentpollutionloadsofprintinganddyeingwastewaterweresetup,soastoevaluatetheeffectsofdifferentsubstratesandpollutionloadsontheeffectivenessofprintinganddyeingwastewatertreatmentandeffluenttoxicityofartificialwetland.Theresultsshowthattheartificialwetlandhasgoodpurificationeffectonprintinganddyeingwastewater,andtheadditionofbiocharandzero-valentironfillercansignificantlyreducethecontentoforganicmatter,nitrogenandphosphoruspollutantsinthewastewater,andreducethetoxicityoftheeffluent.Thebiochar+zero-valentironwetlandwithbifunctionalsubstrateaddedhasthebesteffectontheremovalofdyes,COD,NH4+-N,NO3--N,andTNinwastewater,andtheaverageremovalratecanreach99.18%,91.65%,85.22%,98.28%,and93.48%afterthewetlandoperationisstabilizedandthetoxicityofeffluentisthelowest,therefore,theselectionofironcarbonwetlandcanachievethebesteffectontheprintinganddyeingwastewaterpurification.Therefore,thebesteffectofprintinganddyeingwastewaterpurificationcanbeachievedbyusingBC+ZVIwetland.Keywords:constructedwetland;printinganddyeingwastewater;biochar;zero-valentiron

第1章導(dǎo)論1.1文獻(xiàn)綜述1.1.1印染廢水的特點(diǎn)及危害隨著經(jīng)濟(jì)水平與工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，與之伴隨而來的問題是工業(yè)廢水量日益增多，其中印染廢水量占據(jù)較高的比例。紡織行業(yè)生產(chǎn)過程中的物料流失、反應(yīng)過程中產(chǎn)生的大量副產(chǎn)物、生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行后的清洗等過程都會伴隨生產(chǎn)出大量印染廢水。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國作為紡織大國，印染行業(yè)日均約有500萬噸廢水排放，占據(jù)工業(yè)廢水總量的1/10。同時(shí)，根據(jù)1噸印染污水污染20噸清潔水計(jì)算，每年未達(dá)標(biāo)排放的廢水又會污染約100億噸清潔水ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王開花</Author><Year>2020</Year><RecNum>338</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>338</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1711457366">338</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>王開花</author></authors></contributors><auth-address>呼和浩特民族學(xué)院化學(xué)與環(huán)境學(xué)院;</auth-address><titles><title>印染廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</title><secondary-title>資源節(jié)約與環(huán)保</secondary-title></titles><periodical><full-title>資源節(jié)約與環(huán)保</full-title></periodical><pages>79-80</pages><number>12</number><keywords><keyword>印染廢水</keyword><keyword>處理技術(shù)</keyword><keyword>現(xiàn)狀</keyword><keyword>發(fā)展趨勢</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>1673-2251</isbn><urls><related-urls><url>/doi/10.16317/ki.12-1377/x.2020.12.044</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.16317/ki.12-1377/x.2020.12.044</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[1]。印染廢水具有成分復(fù)雜、有機(jī)污染物含量高、色度高、水質(zhì)變異性大等特點(diǎn)，且印染廢水中的染料具有較強(qiáng)的光穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、抗生物降解性及留存持久性等特點(diǎn)，使得印染廢水成為最難處理的工業(yè)廢水之一ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉俊逸</Author><Year>2021</Year><RecNum>304</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2]</style></DisplayText><record><rec-number>304</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1709454831">304</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>劉俊逸</author><author>黃青</author><author>李杰</author><author>吳田</author><author>曾國平</author><author>楊昌柱</author></authors></contributors><auth-address>湖北第二師范學(xué)院材料科學(xué)研究院,湖北省環(huán)境凈化材料工程技術(shù)研究中心;華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院;</auth-address><titles><title>印染工業(yè)廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展</title><secondary-title>水處理技術(shù)</secondary-title></titles><periodical><full-title>水處理技術(shù)</full-title></periodical><pages>1-6</pages><volume>47</volume><number>03</number><keywords><keyword>印染廢水</keyword><keyword>水處理</keyword><keyword>處理方法</keyword><keyword>研究進(jìn)展</keyword></keywords><dates><year>2021</year></dates><isbn>1000-3770</isbn><urls><related-urls><url>/doi/10.16796/ki.1000-3770.2021.03.001</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.16796/ki.1000-3770.2021.03.001</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[2]。研究者發(fā)現(xiàn)，每年有約10%的印染廢水未經(jīng)有效處理便直接排入環(huán)境水體中ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>白曉龍</Author><Year>2020</Year><RecNum>318</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>318</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1710138298">318</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>白曉龍</author><author>馮啟言</author><author>喬啟成</author><author>李亞</author><author>李向東</author><author>孟慶俊</author></authors></contributors><auth-address>南通科技職業(yè)學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院;中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院;</auth-address><titles><title>酸性染料廢水處理技術(shù)研究現(xiàn)狀</title><secondary-title>印染助劑</secondary-title></titles><periodical><full-title>印染助劑</full-title></periodical><pages>16-19</pages><volume>37</volume><number>03</number><keywords><keyword>酸性染料</keyword><keyword>高級氧化技術(shù)</keyword><keyword>廢水處理</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>1004-0439</isbn><urls><related-urls><url>/kcms2/article/abstract?v=M7N75Hb03FV4752T3TCnjxI8uDUU5QlQMWAhah170cHcZkaU7g8uqUCM6LbcTCOgO_fDb8b7nbsFQKuzgh98FVo-auu6E7nnBqn3E55jjZwkFjuPQaoamGDe7ykt2rJrk6E5lKug5Iez854ZN8YPpw==&uniplatform=NZKPT&language=CHS</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[3]。未經(jīng)妥善處理的印染廢水直接向河流、湖泊等水體中排放，會降低水體的透光率，引起水質(zhì)的急劇惡化，其中的重金屬、持久性有機(jī)污染物等有毒有害物質(zhì)在水體中逐步累積，這些物質(zhì)的“三致”特性（致癌、致畸、致突變）會妨礙水體中后生動(dòng)物和高等生物的正常生長，長期接觸污染水源可能會損害生物的中樞神經(jīng)、大腦等器官，所以為農(nóng)業(yè)灌溉、人類食品安全與人類飲用水安全帶來了持久的潛在性威脅ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>AlvesdeLima</Author><Year>2007</Year><RecNum>316</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>316</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1709559758">316</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>AlvesdeLima,RodrigoOtavio</author><author>Bazo,AnaPaula</author><author>FaveroSalvadori,DaisyMaria</author><author>Rech,CeliaMaria</author><author>Oliveira,DanielledePalma</author><author>Umbuzeiro,GiseladeAragao</author></authors></contributors><titles><title>Mutagenicandcarcinogenicpotentialofatextileazodyeprocessingplanteffluentthatimpactsadrinkingwatersource</title><secondary-title>MutationResearch-GeneticToxicologyandEnvironmentalMutagenesis</secondary-title></titles><periodical><full-title>MutationResearch-GeneticToxicologyandEnvironmentalMutagenesis</full-title></periodical><pages>53-60</pages><volume>626</volume><number>1-2</number><dates><year>2007</year><pub-dates><date>Jan10</date></pub-dates></dates><isbn>1383-5718</isbn><accession-num>WOS:000243644100008</accession-num><work-type>Article</work-type><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000243644100008</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.mrgentox.2006.08.002</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[4]。此外，這些有毒有害物質(zhì)還可能伴隨土壤下滲作用等危害土壤，干擾土壤有機(jī)物分解、養(yǎng)分循環(huán)等正常生態(tài)過程，破壞地球生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。其中，以甲基橙、甲基紅、酸性紅等為代表的偶氮染料具有色譜齊全、染色牢固等優(yōu)點(diǎn)，是印染生產(chǎn)過程中產(chǎn)量最大、應(yīng)用最為廣泛的染料種類，約占到染料總使用量的65%-70%ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>雷聞?dòng)?lt;/Author><Year>2023</Year><RecNum>315</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>315</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1709558069">315</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>雷聞?dòng)?lt;/author></authors><tertiary-authors><author>劉鵬宇,</author><author>邵桂彬,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>微電解耦合絮凝對水中難降解有機(jī)物處理的研究</title></titles><keywords><keyword>微電解耦合絮凝</keyword><keyword>難降解有機(jī)物</keyword><keyword>印染廢水</keyword><keyword>農(nóng)藥廢水</keyword><keyword>抗生素廢水</keyword></keywords><dates><year>2023</year></dates><work-type>碩士</work-type><urls><related-urls><url>/doi/10.27205/ki.gltec.2023.001637</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.27205/ki.gltec.2023.001637</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[5]。偶氮染料廢水相較于其他印染廢水而言具有化學(xué)穩(wěn)定性更強(qiáng)、更難以降解等特點(diǎn)，并且其降解過程中可能會產(chǎn)生有毒的苯胺等芳香胺類化合物，倘若排入自然水體，會對環(huán)境中的生物產(chǎn)生毒性作用。因此，尋找高效且經(jīng)濟(jì)的偶氮染料廢水處理方法在印染廢水處理技術(shù)中具有重要的意義。1.1.2印染廢水處理方法目前國內(nèi)外針對印染廢水所采取的處理方法大體上可分為物理處理法、化學(xué)處理法和生物處理法ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉路</Author><Year>2017</Year><RecNum>220</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>220</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1678542258">220</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>劉路</author></authors></contributors><auth-address>上海格林曼環(huán)境技術(shù)有限公司;</auth-address><titles><title>紡織印染廢水處理技術(shù)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展</title><secondary-title>上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)</secondary-title></titles><periodical><full-title>上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)</full-title></periodical><pages>174-177+182</pages><volume>31</volume><number>02</number><keywords><keyword>紡織印染廢水</keyword><keyword>物理處理法</keyword><keyword>化學(xué)處理法</keyword><keyword>生物處理法</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1009-444X</isbn><call-num>31-1598/T</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[6]。（1）物理處理法物理處理法主要通過不同物理作用將污染物從印染廢水中有效分離，包括：膜分離法、磁分離法和吸附法等。膜分離法對分離環(huán)境溫度要求較低，對分離目標(biāo)選擇性高，分離效果好，但該方法由于膜孔易堵塞或被廢物污染需要定期清理及更換，使用壽命較短，進(jìn)而導(dǎo)致維護(hù)成本高，無法大規(guī)模推廣應(yīng)用。磁分離法是利用磁場作用對不同磁性的物質(zhì)進(jìn)行分離，具有占地面積小、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)，但電耗能較大，難以選擇合適的聚磁介質(zhì)，不適合于處理含有分散染料的印染廢水ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>洪雪麗</Author><Year>2023</Year><RecNum>307</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>307</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1709472823">307</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>洪雪麗</author><author>焦芬</author><author>劉維</author></authors></contributors><auth-address>中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院;中南大學(xué)戰(zhàn)略含鈣礦物資源清潔高效利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;</auth-address><titles><title>印染廢水處理技術(shù)綜述</title><secondary-title>中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)</secondary-title></titles><periodical><full-title>中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)</full-title></periodical><pages>1219-1229</pages><volume>54</volume><number>04</number><keywords><keyword>印染廢水</keyword><keyword>處理技術(shù)</keyword><keyword>無害化處置</keyword></keywords><dates><year>2023</year></dates><isbn>1672-7207</isbn><urls><related-urls><url>/kcms2/article/abstract?v=N5T8oFSaxGFAGIEYYX8waSihvn198AQ7beBHhQE6jixHClPRExyJBdFniDJN-dnGR9pyarT0j2vv5ny7hwaog9vSIEPIBdS_7IkMbI9BVKFmgmzI82l3upfu6qPC8FNR-v5wAUjoyX82b7jnuwZmDg==&uniplatform=NZKPT&language=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<foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1678198436">200</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Bulc,T.G.</author><author>Ojstrsek,A.</author></authors></contributors><auth-address>[Bulc,TjasaG.]LIMNOSCoApplEcol,Ljubljana1000,Slovenia.[Ojstrsek,Alenka]UnivMaribor,FacMechEngn,DeptText,SLO-2000Maribor,Slovenia. Ojstrsek,A(通訊作者)，UnivMaribor,FacMechEngn,DeptText,SLO-2000Maribor,Slovenia. alenka.ojstrsek@uni-mb.si</auth-address><titles><title>Theuseofconstructedwetlandfordye-richtextilewastewatertreatment</title><secondary-title>JournalofHazardousMaterials</secondary-title><alt-title>J.Hazard.Mater.</alt-title></titles><periodical><full-title>JournalofHazardousMaterials</full-title><abbr-1>J.Hazard.Mater.</abbr-1></periodical><alt-periodical><full-title>JournalofHazardousMaterials</full-title><abbr-1>J.Hazard.Mater.</abbr-1></alt-periodical><pages>76-82</pages><volume>155</volume><number>1-2</number><keywords><keyword>colouredtextilewastewater</keyword><keyword>constructedwetland</keyword><keyword>phragmitesaustralis</keyword><keyword>reactivedyes</keyword><keyword>performance</keyword><keyword>removal</keyword><keyword>copper</keyword><keyword>Engineering</keyword><keyword>EnvironmentalSciences&Ecology</keyword></keywords><dates><year>2008</year><pub-dates><date>Jun</date></pub-dates></dates><isbn>0304-3894</isbn><accession-num>WOS:000256552800011</accession-num><work-type>Article</work-type><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000256552800011</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.jhazmat.2007.11.068</electronic-resource-num><language>English</language></record></Cite></EndNote>[12]研究發(fā)現(xiàn)人工濕地對染料的脫色率可達(dá)到70%，對COD和TOC的去除率達(dá)45%。鄧靖等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>鄧靖</Author><Year>2010</Year><RecNum>201</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>201</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1678198611">201</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>鄧靖</author><author>王學(xué)剛</author><author>呂錫武</author></authors></contributors><auth-address>東南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系;東華理工大學(xué)環(huán)境工程系;</auth-address><titles><title>不同濕地植物對扎染廢水處理效果的研究</title><secondary-title>中國給水排水</secondary-title></titles><periodical><full-title>中國給水排水</full-title></periodical><pages>86-89</pages><volume>26</volume><number>07</number><keywords><keyword>垂直潛流人工濕地</keyword><keyword>扎染廢水</keyword><keyword>水生植物</keyword></keywords><dates><year>2010</year></dates><isbn>1000-4602</isbn><call-num>12-1073/TU</call-num><urls></urls><electronic-resource-num>10.19853/j.zgjsps.1000-4602.2010.07.026</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[13]運(yùn)用蘆葦、美人蕉、菖蒲和水芹菜為濕地植物來構(gòu)建垂直潛流人工濕地系統(tǒng)來凈化印染廢水，效果顯著，其中蘆葦和美人蕉對印染廢水的處理能力較強(qiáng)。Ong等ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[14]在運(yùn)用上流式人工濕地（UFCW）處理酸性橙（AO7）和營養(yǎng)元素時(shí)發(fā)現(xiàn)在所有UFCW中AO7去除率均達(dá)到95%以上，而去除率比較高的部位是在UFCW的厭氧區(qū)域。1.1.3生物炭填料的作用及研究現(xiàn)狀生物炭（Biochar,BC）是一種將生物質(zhì)在高溫（>250℃）限氧條件下進(jìn)行人工熱解形成的黑炭，具有較高的比表面積，以及豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)，同時(shí)兼具價(jià)格低廉，能夠降低廢棄生物資源造成環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn)，作為污染修復(fù)劑被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境治理領(lǐng)域?；|(zhì)是人工濕地十分重要的組成部分，為污染物的去除提供了吸附表面和反應(yīng)區(qū)，為參與去除廢水污染物的微生物提供了合適的棲息地，也為濕地植物的生長提供了支撐。已有研究表明，不同的濕地填料對污染物的去除與污水凈化有著不同的效果ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[15]。近些年，生物炭作為一種填料基質(zhì)用于人工濕地水處理的研究越來越多。研究表明，添加生物炭的人工濕地系統(tǒng)對氨氮、硝氮、亞硝氮的去除效率得到明顯提升ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[16]。生物炭對于人工濕地系統(tǒng)強(qiáng)化污染物去除的主要作用有直接與間接兩個(gè)方面：（1）直接作用：生物炭比表面積大、離子交換能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以為污染物提供吸附位點(diǎn)，并且能夠通過鈉、鉀離子進(jìn)行離子交換，可以直接吸附污水中的污染物質(zhì)，提高對氮、磷、COD等的去除效率，進(jìn)一步提高出水水質(zhì)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>魯言言</Author><Year>2013</Year><RecNum>172</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[17]</style></DisplayText><record><rec-number>172</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1678092218">172</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>魯言言</author><author>黃磊</author><author>劉明</author><author>杜剛</author><author>高旭</author></authors></contributors><auth-address>重慶大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;</auth-address><titles><title>青萍生長特征及其對受污染河水的修復(fù)效果</title><secondary-title>環(huán)境工程學(xué)報(bào)</secondary-title></titles><periodical><full-title>環(huán)境工程學(xué)報(bào)</full-title></periodical><pages>3339-3344</pages><volume>7</volume><number>09</number><keywords><keyword>青萍</keyword><keyword>生長特征</keyword><keyword>受污染河水</keyword><keyword>修復(fù)效果</keyword></keywords><dates><year>2013</year></dates><isbn>1673-9108</isbn><call-num>11-5591/X</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[17]；（2）間接作用：生物炭的理化特性為微生物的生長與繁殖提供了活動(dòng)空間，促進(jìn)了微生物硝化-反硝化進(jìn)程，進(jìn)而提升了脫氮效率；生物炭作為一種堆肥的原料，為植物的生長提供了營養(yǎng)物質(zhì)，增強(qiáng)了植物的泌氧能力；生物炭可提供碳源，彌補(bǔ)人工濕地系統(tǒng)碳源不足的缺點(diǎn)，提高了對氮的去除效率ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>呂一甲</Author><Year>2014</Year><RecNum>174</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[18]</style></DisplayText><record><rec-number>174</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1678092495">174</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>呂一甲</author></authors><tertiary-authors><author>屈忠義,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>生物炭肥對土壤性質(zhì)、玉米生長及水肥利用效率影響試驗(yàn)研究</title></titles><keywords><keyword>生物炭肥</keyword><keyword>土壤性質(zhì)</keyword><keyword>玉米</keyword><keyword>水肥利用效率</keyword></keywords><dates><year>2014</year></dates><publisher>內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[18]。侯潔ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>侯潔</Author><Year>2017</Year><RecNum>204</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[19]</style></DisplayText><record><rec-number>204</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1678202122">204</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>侯潔</author></authors><tertiary-authors><author>楊志敏,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>生物炭對潛流人工濕地生物脫氮影響機(jī)理研究</title></titles><keywords><keyword>人工濕地</keyword><keyword>生物炭</keyword><keyword>生物脫氮</keyword><keyword>Illumina測序</keyword><keyword>胞外聚合物</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><publisher>西南大學(xué)</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[19]研究發(fā)現(xiàn)，人工濕地中添加生物炭后，NH4+-N的去除率大幅度提高，且去除率與生物炭投加量成正比。Deng等ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[20]研究發(fā)現(xiàn)，添加生物炭可以降低濕地基質(zhì)中積累的微生物胞外聚合物（EPS）的含量，并誘導(dǎo)高分子量EPS代謝轉(zhuǎn)化為低分子量化合物，這可能是因?yàn)樯锾吭黾恿水愷B(yǎng)菌的豐度和代謝活性，有利于有機(jī)物的降解。目前生物炭在人工濕地處理低碳氮比生活污水的研究中應(yīng)用較多，而在針對人工濕地處理印染廢水的研究工作應(yīng)用的較少，具備一定的發(fā)展?jié)摿Α?.1.4零價(jià)鐵填料的作用及研究現(xiàn)狀零價(jià)鐵無毒、含量豐富、價(jià)格便宜、易于獲得、強(qiáng)磁性易分離，是一種具有標(biāo)準(zhǔn)電極電位E0=(Fe2+/Fe0)=-0.44V的活潑金屬ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[21]，還原能力較強(qiáng)，能夠還原氧化性較強(qiáng)的離子或化合物以及部分有機(jī)物污染物ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>熊兆錕</Author><Year>2021</Year><RecNum>169</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[22]</style></DisplayText><record><rec-number>169</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="a90dwf0f50d9eqe9fvkp2p2w2vsp052e5z0r"timestamp="1678087523">169</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>熊兆錕</author><author>張恒</author><author>劉楊</author><author>周鵬</author><author>何傳書</author><author>黃榮夫</author><author>杜燁</author><author>賴波</author></authors></contributors><auth-address>四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院中德水環(huán)境與健康研究中心;</auth-address><titles><title>基于零價(jià)鐵的高級氧化技術(shù)與裝備</title><secondary-title>材料導(dǎo)報(bào)</secondary-title></titles><periodical><full-title>材料導(dǎo)報(bào)</full-title></periodical><pages>21012-21021</pages><volume>35</volume><number>21</number><keywords><keyword>零價(jià)鐵</keyword><keyword>高級氧化技術(shù)</keyword><keyword>過氧化氫</keyword><keyword>過硫酸鹽</keyword><keyword>臭氧</keyword><keyword>裝備與工藝</keyword></keywords><dates><year>2021</year></dates><isbn>1005-023X</isbn><call-num>50-1078/TB</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[22]，是一種廣泛使用的還原劑。近年來國內(nèi)外有大量研究集中在使用零價(jià)鐵技術(shù)去除水體中的染料等污染物ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[23-25]。使用零價(jià)鐵技術(shù)去除水體中污染物的機(jī)理如下：（1）Fe0具有還原性，通過表面的電子轉(zhuǎn)移以及腐蝕產(chǎn)物Fe2+對有機(jī)氯化物和硝酸鹽進(jìn)行脫氯脫硝；（2）Fe0參與氧化反應(yīng)生成活性自由基，利用其氧化性降解有機(jī)物。在生物處理過程中，零價(jià)鐵能將染料分子裂解成更易于礦化的產(chǎn)物，從而破壞偶氮鍵ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[26]。如方程式1-1至1-7所示，在溶解氧存在時(shí)，F(xiàn)e0將兩個(gè)電子轉(zhuǎn)移至O2反應(yīng)原位生成H2O2，H2O2氧化零價(jià)鐵釋放Fe2+，隨后H2O2與Fe2+快速反應(yīng)（即為Fenton反應(yīng)）產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的·OH去破壞有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。除了和氧氣反應(yīng)外，F(xiàn)e0還可以活化多種氧化劑發(fā)生高級氧化反應(yīng)，如方程式1-4至1-7所示，在缺氧條件下依舊能腐蝕釋放Fe2+，同時(shí)反應(yīng)生成的Fe3+在固體表面被還原Fe2+且在堿性條件下仍能發(fā)揮催化作用。如過硫酸鹽屬于H2O2分子中的氫原子被取代后的衍生物，但因?yàn)槿〈母淖儗?dǎo)致O-O鍵變長，鍵能降低，F(xiàn)e0可以在固體表面轉(zhuǎn)移電子給過硫酸鹽，實(shí)現(xiàn)O-O鍵斷裂而將其活化產(chǎn)生氧化能力更強(qiáng)、壽命也更長的SO4·-。Fe0+O2+2H+→Fe2++H2O2（1-1）Fe0+H2O2+2H+→Fe2++2H2O（1-2）Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-（1-3）Fe0+H2O→Fe2++H2+OH-（1-4）Fe2++HSO5-→Fe3++SO4·-+OH-（1-5）Fe2++S2O82-→Fe3++SO4·-+SO42-（1-6）Fe0+2Fe3+→3Fe2+（1-7）當(dāng)濕地中生物炭與零價(jià)鐵同時(shí)存在時(shí)，會自發(fā)形成大量的微觀原電池，產(chǎn)生明顯的微電場，構(gòu)成Fe-C微電解系統(tǒng)。電解過程中，F(xiàn)e作為陽極失去電子，電子被C接受并轉(zhuǎn)移到環(huán)境中的有機(jī)污染物和氧氣中從而進(jìn)一步加速還原反應(yīng)。一方面，陽極生成的Fe2+與Fe3+參與了微生物生命活動(dòng)的電子傳遞，從而增強(qiáng)微生物活性，提高濕地污染物的去除效率。另外，水溶液中的Fe2+與Fe3+還會轉(zhuǎn)化為氫氧化亞鐵與氫氧化鐵，吸附溶解態(tài)的磷，從而強(qiáng)化濕地除磷效果。并且，F(xiàn)e與C電極間形成的高電位差電極作用會產(chǎn)生大量的[H]和O-，這些物質(zhì)會破壞難降解有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，有利于濕地有機(jī)污染的凈化。1.2研究目標(biāo)與內(nèi)容當(dāng)前國內(nèi)針對人工濕地處理印染廢水的研究較少，在實(shí)際應(yīng)用中仍有許多問題亟待解決。大多數(shù)研究通過向人工濕地添加外部碳源、補(bǔ)充有機(jī)物的方式來強(qiáng)化印染廢水處理效果，這可能會使處理成本大大增加；當(dāng)前關(guān)于以濕地基質(zhì)作為變量強(qiáng)化人工濕地處理印染廢水效果的研究較少。因此，本項(xiàng)目針對以上現(xiàn)狀問題，展開對生物炭和零價(jià)鐵強(qiáng)化人工濕地處理印染廢水效果的研究。本研究擬選擇生物炭與零價(jià)鐵作為濕地基質(zhì)，構(gòu)建空白濕地（CK-CW）、生物炭濕地（BC-CW）、生物炭零價(jià)鐵濕地（BC+ZVI-CW）、零價(jià)鐵濕地（ZVI-CW）四種間歇曝氣垂直流人工濕地，通過改變進(jìn)水染料濃度，設(shè)置低、中、高三種污染負(fù)荷，試驗(yàn)期間濕地分別在三種污染負(fù)荷下運(yùn)行，以評估不同基質(zhì)和不同污染負(fù)荷對人工濕地處理印染廢水的性能的影響；并通過農(nóng)作物發(fā)芽實(shí)驗(yàn)對處理后的印染廢水出水進(jìn)行毒性評價(jià)，進(jìn)一步評價(jià)生物炭和零價(jià)鐵人工濕地處理印染廢水的可行性。期望為今后針對印染廢水凈化與風(fēng)險(xiǎn)削控的研究提供參照，并為未來人工濕地系統(tǒng)更廣泛的應(yīng)用和開發(fā)提供理論依據(jù)與技術(shù)參考。1.3技術(shù)路線生物炭和零價(jià)鐵強(qiáng)化人工濕地凈化印染廢水效果研究生物炭和零價(jià)鐵強(qiáng)化人工濕地凈化印染廢水效果研究構(gòu)建間歇曝氣垂直潛流人工濕地裝置空白、生物炭、零價(jià)鐵、生物炭+零價(jià)鐵四種填料組合低、中、高三種污染負(fù)荷水濕地水樣采集pH、DO、COD、TP、NH4+-N、NO3--N、TN、色度、毒性指標(biāo)分析評估不同基質(zhì)與不同污染負(fù)荷人工濕地對印染廢水處理效果及出水毒性的影響圖1.1技術(shù)路線圖Fig.1.1Technologicalflowofresearchwork第2章材料與方法2.1實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)所用生物炭為竹基生物炭，粒徑約為0.5-1cm，購買自河南立澤環(huán)保科技有限公司。實(shí)驗(yàn)所用零價(jià)鐵購買于某公司切削廢料，粒徑約為0.5-1cm，F(xiàn)e含量99.5%以上。實(shí)驗(yàn)所需的微生物接種活性污泥取自北碚區(qū)污水處理廠二沉池，采用人工配制的污水對其馴化三周后將其接種于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，確保每個(gè)系統(tǒng)接種的污泥質(zhì)量濃度約為1000mg·L-1。購買常見的濕地多年生植物菖蒲(AcoruscalamusL.)，進(jìn)行四周的馴化培養(yǎng)后，選取4株長勢良好且體形相近的植株移栽于四組人工濕地系統(tǒng)中。2.2人工濕地裝置的構(gòu)建選擇資源環(huán)境學(xué)院某個(gè)通風(fēng)、光照條件俱佳的溫室大棚作為實(shí)驗(yàn)場地，在棚內(nèi)搭建潛流人工濕地模擬裝置。依據(jù)填充物料層的不同，可將構(gòu)建的人工濕地反應(yīng)裝置劃分為四組，分別為CK-CW（空白-人工濕地系統(tǒng)）、BC-CW（生物炭-人工濕地系統(tǒng)）、ZVI-CW（零價(jià)鐵-人工濕地系統(tǒng)）、BC+ZVI-CW（生物炭+零價(jià)鐵-人工濕地系統(tǒng)），濕地裝置實(shí)物圖如圖2.1所示。圖2.1人工濕地實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖Fig.2.1Constructedwetlandexperimentalsetupdiagram采用尺寸為60cm×30cm（高度×直徑）的圓柱形PVC