发布日期：2018-11-08 10:07 来源：活性炭网 作者：活性炭网 浏览数：
抽象 多土壤分层（MSL）系统主要包括两部分，具体地，土壤混合物层（SML）和渗透层（PL）。 在日本，沸石通常用作渗透层材料。 在本研究中，沸石被相对更便宜和更环保的材料取代
城市化增加了居民区的人口密度，从而增加了这些地区生活垃圾的产量，如果没有适当的处理，可能会严重影响自然环境。由于近年来对环境保护和可持续管理的认识不断提高，促使台湾政府积极寻求具有成本效益的污水处理解决方案。在这种背景下，经济且易于构建的自然处理系统（NTS）近年来受到了相当多的关注。NTS利用天然元素，如氧气，土壤，微生物和植物，在排入河流和溪流之前将废水净化为出水标准，从而减少因排放生活废水而造成的水污染。1，2 ]。
NTS也存在许多局限性。例如，使用人工湿地的废水处理非常耗时并且需要大面积的土地来实现期望的处理效果。因此，这种类型的NTS在土地成本高的地区变得不经济。此外，湿地通常是自来水的地区，是蚊子和杂草丛生的理想栖息地，因此不受居民青睐。关于卵石接触床和砂滤器，细固体通常沉淀在这些系统中，从而导致堵塞。这降低了处理效率并增加了维护难度。1990年，日本开发了一种名为“多土壤分层系统”（MSL）的新型废水处理技术。与传统的土壤处理系统相比，3 ]。MSL系统使用大量天然，未受污染的材料来生产可重复使用的水，用于生态环境或农业[ 4 ]。此外，该系统可以低成本维护和运行，只需要很小的土地面积，是发展中国家城市地区的理想选择[ 5 ]。
MSL系统主要包括土壤混合物层（SML）和可渗透层（PL）。图1图示了为单个住宅房屋的废水处理而创建的MSL系统。SML的组成为约70％至80％的土壤和20％至30％的附加材料，例如碳粉，有机物和铁。在构成SML的各种材料中，土壤作为微生物的栖息地; 碳粉吸附废水中的大量有机物，从而提高有机物分解的效率。有机物，如锯末，稻草，玉米穗轴和洋麻，可作为微生物的营养物质; 此外，铁材料有效地吸附磷酸盐。将这些材料混合在一起并装入纤维袋中。然后将袋子堆叠以形成SML，每层由PL分开。PL包括砾石，浮石，或沸石直径约1-5毫米。聚集体应具有一致的尺寸，以降低堵塞的风险并促进水在系统中的分散。此外，构成PL的聚集体的表面也用作硝化细菌的栖息地并吸附废水中的有机物质。因此，两层都主动去除废水中的污染物。除了SML和PL之外，MSL系统还配备有流入和流出水管以及可切换的多孔通风装置，因此通过控制通气可以调节系统的废水效率。构成PL的聚集体表面也可作为硝化细菌的栖息地并吸附废水中的有机物。因此，两层都主动去除废水中的污染物。除了SML和PL之外，MSL系统还配备有流入和流出水管以及可切换的多孔通风装置，因此通过控制通气可以调节系统的废水效率。构成PL的聚集体表面也可作为硝化细菌的栖息地并吸附废水中的有机物。因此，两层都主动去除废水中的污染物。除了SML和PL之外，MSL系统还配备有流入和流出水管以及可切换的多孔通风装置，因此通过控制通气可以调节系统的废水效率。
用于单个住宅的废水处理的MSL系统。
建立MSL系统非常经济，因为系统的成分，包括土壤，煤炭，锯末和金属，都是当地可用的。陈等人。[ 4 ]进行分析的材料在中国的成本和指出，要构建一个MSL系统100米的市政废水处理容量3 1米处的HLR /天3 /米2 /天，所要求的面积是大约100 m 2，深度为1 m。如果我们假设系统中有一半是由沸石（100米3），围绕60吨沸石将在美国$ 25 /吨的价格是必须的，US $ 1500的总价格。SML的正常堆积密度约为1.2g / cm 3以沙质沙为主要原料。SML的重量约为120吨，其中70％是土壤（约84吨）。木炭，铁和木屑构成另外30％的SML。木炭价格约为60美元/吨，锯末价格为25美元/吨，铁价格为250美元/吨。因此，构建MSL系统的整体成本可能低于10,000美元。与传统的污水处理系统和污水处理厂相比，MSL系统的运行和维护成本极低。因此，这种类型的NTS是一种经济的解决方案。
在一个MSL系统，PL的均匀粗大粒子提高废水分布和防止堵塞[ 6，7 ]。沸石具有高阳离子交换容量（CEC）和吸附能力; 它还表现出高活性的催化反应以及有利的耐酸性和热稳定性。因此，沸石在废水处理[常用8，9，10，11 ]。从而最相关的MSL系统日本研究都采用沸石作为PL [ 12，13，14，15]。但是，台湾不生产沸石。相反，台湾依赖进口来进行收购，因此使用沸石不经济且不符合使用当地材料的目标。如果可以确定实现与沸石相同的水净化结果的更便宜的替代品，那么可以有效地降低构建MSL系统的总成本而不损害资源回收目标。
当废水通过MSL系统时，有机物质（使用生化需氧量（BOD），化学需氧量（COD）和有机氮（Org-N）测试）通过物理或附着物粘附到土壤聚集体或PLs的表面。化学机制。在这些表面上生长的微生物开始分解有机物质，将废水中的一部分Org-N转化为铵（NH 4 + -N）。关于磷酸盐粘附，来自SML中的铁材料的二价离子在厌氧条件下溶解并转移到SML的表面并转移到PL上。在好氧环境中，二价离子氧化成三价离子，并与废水中的磷酸根离子反应，形成沉淀物。大量的NH 4+进入系统的-N被SML和PL聚集体吸附。随后在好氧环境中发生硝化，将NH 4 + -N 氧化成亚硝酸盐（NO 2 -N）和硝酸盐（NO 3 -N）并释放氢离子以降低系统的pH。然后将NO 2 -N和NO 3 -N输送到SML中，其中由于厌氧环境而发生反硝化。NO 2 -N和NO 3 -N被还原成氮（N 2），一氧化二氮（N 2O）和一氧化氮（NO）。反应过程消耗氢离子，从而重新提升系统的pH。当使用这种处理机制时，pH值成为系统内通风条件的指标。适当地调节系统的通风有助于分解NH 4 + -N和NO 3 -N，并消除BOD，COD，悬浮固体（SS），和可溶性活性磷（SRP）[ 4，16 ]。然而，过度通气抑制脱硝，因此降低总氮（TN）和总磷（TP）的去除效率，并且阻碍了氢氧化铁的来自的SML转移到的PL [ 6，17 ]。表1显示了MSL系统中有机物质，磷酸盐，NH 4 + -N和NO 3 -N的去除特征。
MSL系统中有机物，磷酸盐，NH 4 + -N和NO 3 -N的去除特性。
| 污染物 | 初级反应物 | 反应条件 | 操作时的注意事项 |
|---|---|---|---|
| 有机物 | 微生物 | 足够的有机物 | 积累的有机物质可能导致微生物过度生长，形成阻止水流的生物膜。通过对系统进行通风或使系统闲置可以减少累积。 |
| 磷酸盐 | Fe（OH）3 | 铁的溶解和氧化 | 在过度通风期间，氧化可能导致Fe 2 O 3低活化表面，这降低了有效表面积和磷酸盐固定能力。 |
| NH 4 + -N NO 3 -N | 微生物 | 好氧硝化厌氧反硝化 | 好氧和厌氧状态决定了TN的去除。可以通过调整通风时间和数量来控制这些状态。 |
Harada和Wakatsuki [ 18 ]开发了一种室内畜禽废水处理模型，其结果表明，在HLR为0.22 m 3 / m 2 / d时，平均废物去除率良好，实现了96％-99％的BOD去除率，95％ -97％总悬浮固体去除率，75％-99％TN去除率和80％-99％TP去除率。此外，Masunaga 等人的研究结果。[ 19 ]表明，在HLR介于0.03和0.29 m 3 / m 2 / d之间时，MSL系统的去除率达到600 g BOD / m 2 / d和57.8 g N / m 2/ d用于处理牲畜废水，大大高于类似条件下人工湿地的废水。Attanandana 等。[ 16 ]报道，天然废水处理系统和地下流湿地的过滤效果相似，均达到2-30 g BOD / m 2 / d，0.1-3 g N / m 2 / d和0.1-的去除率。3克P / m 2 / d。同样，MSL系统的去除率为113 g BOD / m 2 / d，53 g N / m 2 / d和6.8 g P / m 2/ d，从而突出了MSL系统处理高浓度废水的效率。结果还表明，MSL系统的效率比天然废水处理系统和地下流湿地高10至50倍。
大多数上述研究使用沸石作为PL进行实验。然而，这些研究中使用的沸石量高且成本高。出于这个原因，沸石被相对更便宜和更环保的材料所取代，例如膨胀粘土聚集体，牡蛎壳和从水净化厂收集的已经使用的颗粒活性炭，以试图减少废物对环境的影响。 ，增加可再生材料的使用，降低建立MSL系统的成本。在目前的研究中，研究人员实施了一种自行开发的测试设备，用于检查样品材料的性能。
MSL系统的主要材料包括SML和PL。在本研究中，主要目的是研究使用四种PL材料，沸石，膨胀粘土聚集体，牡蛎壳和已经使用的颗粒状活性炭进行废水净化的有效性; 结果，每个实验使用相同的SML材料。构成MSL系统的材料如下：
土壤是SML的主要组成部分。将其他材料如粉末状活性炭，有机物和铁或铝加入土壤中，并将混合物装入纤维袋中。然后将纤维袋堆叠在处理系统中，每层由PL分开。实验中使用的材料特性的讨论如下。
土壤影响磷吸附和微生物活动，粘土或壤土表现出最有利的效果。Wakatsuki 等。[ 6 ]表明，土壤砾石的磷吸附电位为1 g / kg，石英砾石的磷吸附电位仅为0.1 g / kg。因此，在该研究中使用具有0.121mm中值粒径的砂质壤土。
粉末状活性炭是一种多孔材料，具有极大的表面积和粒径小于0.075mm。Masunaga和Wakatsuki [ 17]建议在SML中加入10％的粉状活性炭。当废水流过系统时，活性炭吸引有机物质，导致有机物质粘附在碳表面上。这提高了微生物的处理效率，最终实现了废物的去除。
添加有机物质的主要目的是为微生物提供碳源。报告了各种有机成分（锯末，稻草，洋麻和玉米芯）对生活污水处理MSL系统效率的影响的比较研究，作者建议在SML中添加5％的有机物[ 5] ]。在这项研究中，台湾普通稻草用于实验。
在SML中添加铁屑可以显着促进磷的吸附。Wakatsuki 等。[ 6，20，21 ]报道加入10％铁废料可通过5-10克/千克增加磷吸附。本研究采用上述比例的台湾常用材料开发了MSL系统。基于上述要求，对于SML，将砂质粘土，粉末状活性炭，稻草和铁屑组合，干重比分别为75％，10％，5％和10％。然后将混合物装入麻袋中（图2）。
SML块。
的PL材料包括砾石，浮石，珍珠岩，沸石或集料材料[ 12，20，21 ]。在日本，沸石通常用作PL材料。然而，沸石在台湾的成本相当高。在本研究中，沸石被相对更便宜和更环保的材料取代，例如膨胀粘土聚集体，牡蛎壳和从水净化厂收集的已经使用的颗粒活性炭（图3），以试图减少影响废物对环境的影响，增加可再生材料的使用，并降低建立MSL系统的成本。PL的材料特性描述如下。
PL材料。（a）沸石; （b）膨胀粘土骨料; （c）牡蛎壳; （d）粒状活性炭。
沸石是具有带负电荷的微孔蜂窝骨架的硅铝酸盐固体，分子可被吸附到其中以进行环境净化，并催化化学反应[ 22 ]。本研究中使用的沸石是斜发沸石型，直径范围为3-5毫米。基于CEC测试，沸石对废水中的有机物显示出良好的吸收能力（96±8meq / 100g）。
膨胀粘土骨料也称为轻质骨料，它是由污水污泥灰或储层污泥制成的烧结物。用于水净化的膨胀粘土聚集体是一种创新的想法。本研究使用来自储层污泥的膨胀粘土聚集体，粒径为4-6 mm，其CEC值为47±8 meq / 100 g。
牡蛎壳是台湾常见的废物，已成功用于鹅卵石接触床。因此，本研究试图将其应用于MSL系统。将牡蛎壳压碎并破碎成5-6mm的颗粒，CEC值为32±6meq / 100g。
颗粒活性炭因其高CEC和高吸附容量而成功地广泛用作净水厂的过滤介质。然而，需要高成本来更新和恢复已经使用的粒状活性炭的水净化功能。该研究收集了来自水净化厂的已经使用的颗粒活性炭，并用于MSL系统。其粒径为2-3毫米。使用具有四种PL材料的相同SML组装四个样品室，并为每个测试样品提供标签; 这些标签是系统A（沸石），系统B（膨胀粘土聚集体），系统C（牡蛎壳）和系统D（颗粒活性炭）。
本研究开发了一种独特的室内测试装置，用于检查各种MSL系统。如图4所示，该装置由三组设备A，B和C组成。每组设备包括上水箱，下水箱和样品室。上部水箱是500 mm（长）×100毫米（宽）×500毫米（高）的不锈钢结构，主要用于存储0.025米3废水。带有可调喷嘴的波纹管安装在罐内，以控制废水流入样品室，从而模拟实时情况下的流动条件。该装置的中间部分容纳用于MSL系统的若干样品室。废水从上部水箱进入这些室并进入MSL系统。腔室是封闭的不锈钢结构，尺寸为500毫米（长）×100毫米（宽）×700毫米（高）。下部水箱是500毫米（长）×100毫米（宽）×500毫米（高）不锈钢结构，主要用于收集废水通过MSL系统后。所提出的装置可以同时测试三个MSL系统。在测试之前，测量废水的污染浓度。经过测试，测量从下部水箱收集的水样的污染浓度。比较两组测量值以确定MSL系统的污染去除效率。
用于测试MSL系统的室内设备。
在目前的研究中，进行了几项测试以检查各种PL材料的水净化效率。因此，样品的SML部分是相同的。选择台北市迪化污水处理厂一次沉淀池的地表水作为实验废水。由于废水是在不同时间收集的，因此每次试验的废水浓度不同。测试程序将在下一节中详述。
为了在50cm（L）×10cm（W）×70cm（H）样品室内以重叠方式堆叠SML块，以两种尺寸制备SML块。A组中的块体尺寸为10cm（长）×10cm（宽）×4cm（高），而B组中的块为10cm（长）×5cm（宽）×4cm。 （H）大小。将随后PL的SML重复堆叠在样品室中以形成MSL系统。首先，在腔室的底部铺设5cm厚的PL层，然后铺设4cm厚的SML层，形成基础SML-PL层。SML块之间的水平间隔为2.5cm，并且该间隔填充有PL材料。接下来，将4cm厚的PL，接着4cm厚的SML重复填充到基层上。最后，在腔室顶部填充5厘米厚的PL以完成样品室的组装（图5）。
样品室内的材料分配。
从废水处理厂获得的废水被转移到上部水箱。打开流入阀，使废水进入MSL系统。随后，控制废水的流入速度以观察HLR对水净化的影响。观察到四个HLR，它们分别为0.5,1.0,2.0和3.0m 3 / m 2 / d。
在流过样品室后积聚在下部水箱中的废水被提取并测试水质。测试项目包括SS（APHA 20ed 2540D），COD（ASTM D1252-06），NH 3 -N（APHA 20ed 4500-NH 3）和TP（APHA 21ed 4500-P）。
在相同的HLR条件下对每个MSL样品进行了几次测试。在4至7天的间隔后进行每个测试并收集测试数据。然后分析数据以确定样品的污染去除效率。
表2显示了在各种HLR条件下的SS去除效率。结果表明，当HLR = 3.0 m 3 / m 2 / d时，样品A的SS去除率为54.6％±5.0％; 当HLR = 2.0 m 3 / m 2 / d时，为65.4％±6.9％; 当HLR = 1.0 m 3 / m 2 / d时，为84.6％±8.9％; 当HLR = 0.5 m 3 / m 2 / d时，为83.4％±10.8％。四个系统的这些结果表明随着HLR的降低，SS去除率增加。这是因为当废水缓慢流过MS时，MS会被MSL系统更有效地阻挡。然而，在HLR = 1.0和0.5 m 3 / m 2下，SS去除率相似/ d条件。因此，对于系统A，当HLR = 1.0 m 3 / m 2 / d 时，可以实现最佳的SS去除效率。
不同HLR条件下的SS去除性能。
| 测试条件 | 过滤介质 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 系统A. | 系统B. | 系统C. | 系统D. | ||
| HLR（m 3 / m 2 / d） | 流入量（mg / L） | 11.28±6.90 | 11.28±6.90 | 16.77±5.65 | 16.77±5.65 |
| 0.5 | 流出量（mg / L） | 1.80±1.16 | 1.88±1.31 | 6.24±2.09 | 0.88±0.26 |
| ％删除 | 83.4±10.8 | 82.5±12.1 | 63.2±4.7 | 94.5±1.4 | |
| 1.0 | 流出量（mg / L） | 1.57±1.05 | 1.85±1.19 | 7.56±2.31 | 1.69±0.75 |
| ％删除 | 84.6±8.9 | 82.8±10.9 | 54.9±4.5 | 90.3±2.9 | |
| 2.0 | 流出量（mg / L） | 3.42±1.80 | 4.16±2.14 | 11.57±4.62 | 2.12±0.83 |
| ％删除 | 65.4±6.9 | 62.4±11.4 | 33.5±6.6 | 88.9±1.8 | |
| 3.0 | 流出量（mg / L） | 4.00±1.86 | 4.38±1.87 | 12.24±4.67 | 3.97±1.10 |
| ％删除 | 54.6±5.0 | 54.2±11.5 | 32.4±8.8 | 74.2±4.9 | |
图6图1说明了在各种HLR条件下四种MSL系统的平均SS去除效率。结果表明，系统D实现了最有利的SS去除效率，系统A和B实现了类似的效率，并且系统C表现出最不利的效率。系统D具有优越性能的原因是系统中堆积的小尺寸颗粒活性炭，与其他系统相比产生最小的孔隙，从而提高了SS的过滤效果。然而，在延长使用粒状活性炭之后，系统D中可能发生堵塞。沸石和膨胀粘土聚集体分别用于系统A和B中，因此产生类似的阻塞效应。牡蛎壳用于系统C. 这种材料是四种PL材料中最大的聚集体尺寸。牡蛎壳的扁平形状在MSL系统内产生大的，不均匀的孔，这不利于阻塞SS。测试结果清楚地表明SS去除效率与PL材料的聚集体尺寸和形状相关，并且与材料的织构没有直接关系。试验结果还表明，在HLR = 1.0 m的情况下，聚集体尺寸为3-6 mm的PL材料的SS去除率超过80％并且与材料的质地没有直接关系。试验结果还表明，在HLR = 1.0 m的情况下，聚集体尺寸为3-6 mm的PL材料的SS去除率超过80％并且与材料的质地没有直接关系。试验结果还表明，在HLR = 1.0 m的情况下，聚集体尺寸为3-6 mm的PL材料的SS去除率超过80％3 / m 2 / d条件。尽管具有较小聚集体尺寸的PL材料可以更有效地从废水中去除SS，但是该研究表明可以增加HLR以减少MSL系统内堵塞的机会。
在各种HLR条件下四种MSL样品的平均SS去除效率。
表3显示了在各种HLR条件下的COD去除效率。结果表明，随着HLR的降低，COD去除率增加。这是因为随着HLR的降低，系统内废水的停留时间增加，从而使系统有足够的时间从废水中吸附，反应和去除有机污染物，从而提高去除效率[ 3 ]。此外，系统A在HLR = 0.5和1.0 m 3 / m 2 / d条件下的COD去除百分位数分别为76.9％±7.3％和65.2％±11.9％，以及HLR = 2.0和3.0 m 3 /下的COD去除百分位数。m 2/ d条件分别为49.4％±14.7％和30.5％±18.2％。这表明较低的HLR条件改善了COD去除的稳定性。系统B到系统D的实验也显示了类似的结果。
不同HLR条件下的COD去除性能。
| 测试条件 | 过滤介质 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 系统A. | 系统B. | 系统C. | 系统D. | ||
| HLR（m 3 / m 2 / d） | 流入量（mg / L） | 170.7±61.4 | 170.7±61.4 | 203.2±51.5 | 203.2±51.5 |
| 0.5 | 流出量（mg / L） | 36.5±9.1 | 51.1±17.0 | 94.6±25.1 | 52.8±13.6 |
| ％删除 | 76.9±7.3 | 68.8±7.5 | 54.6±2.7 | 73.9±4.1 | |
| 1.0 | 流出量（mg / L） | 68.3±29.1 | 78.3±24.5 | 130.1±32.8 | 85.4±17.3 |
| ％删除 | 65.2±11.9 | 51.8±4.1 | 33.9±3.7 | 57.0±2.7 | |
| 2.0 | 流出量（mg / L） | 78.8±15.6 | 110.6±33.5 | 152.7±35.4 | 111.6±24.5 |
| ％删除 | 49.4±14.7 | 33.7±4.2 | 22.9±3.3 | 40.6±6.0 | |
| 3.0 | 流出量（mg / L） | 113.3±41.0 | 114.8±35.6 | 143.9±29.8 | 119.5±29.7 |
| ％删除 | 30.5±18.2 | 33.0±8.6 | 26.8±5.0 | 42.7±3.1 | |
图7显示了在各种HLR条件下四种MSL系统的平均COD去除效率。结果表明，系统A（沸石）获得了最有利的效率，而系统C显示出最不利的效率。研究人员推断，系统A的优越性能归功于沸石的多孔表面。金属阳离子随后粘附在这些孔中并刺激离子交换。沸石对废水中的有机物显示出良好的吸收能力（96±8meq / 100g）。然后沸石上适应的自养细菌分解吸附的有机物质以实现COD去除。粒状活性炭表现出与沸石类似的效果。然而，本研究中使用的活性炭是已经使用的水净化设备的活性炭。因为先前已经使用过活性炭，所以一部分聚集体的污染物吸附能力已经达到饱和。因此，新使用的沸石材料优于本研究中使用的活性炭。系统C中使用的牡蛎壳材料表现出相对较低的CEC结果（32±6meq / 100g），表明离子吸附能力较弱。此外，牡蛎壳在通过系统时将盐释放到废水中，从而增加了水中的盐含量。流入废水的pH值在6.26和7.11之间，纯净水的pH值（流出量）在6.69和7.57之间。pH的增加是由盐含量增加引起的，这会抑制微生物的生长[ 一部分骨料的污染物吸附能力已经达到饱和。因此，新使用的沸石材料优于本研究中使用的活性炭。系统C中使用的牡蛎壳材料表现出相对较低的CEC结果（32±6meq / 100g），表明离子吸附能力较弱。此外，牡蛎壳在通过系统时将盐释放到废水中，从而增加了水中的盐含量。流入废水的pH值在6.26和7.11之间，纯净水的pH值（流出量）在6.69和7.57之间。pH的增加是由盐含量增加引起的，这会抑制微生物的生长[ 一部分骨料的污染物吸附能力已经达到饱和。因此，新使用的沸石材料优于本研究中使用的活性炭。系统C中使用的牡蛎壳材料表现出相对较低的CEC结果（32±6meq / 100g），表明离子吸附能力较弱。此外，牡蛎壳在通过系统时将盐释放到废水中，从而增加了水中的盐含量。流入废水的pH值在6.26和7.11之间，纯净水的pH值（流出量）在6.69和7.57之间。pH的增加是由盐含量增加引起的，这会抑制微生物的生长[ 新使用的沸石材料优于本研究中使用的活性炭。系统C中使用的牡蛎壳材料表现出相对较低的CEC结果（32±6meq / 100g），表明离子吸附能力较弱。此外，牡蛎壳在通过系统时将盐释放到废水中，从而增加了水中的盐含量。流入废水的pH值在6.26和7.11之间，纯净水的pH值（流出量）在6.69和7.57之间。pH的增加是由盐含量增加引起的，这会抑制微生物的生长[ 新使用的沸石材料优于本研究中使用的活性炭。系统C中使用的牡蛎壳材料表现出相对较低的CEC结果（32±6meq / 100g），表明离子吸附能力较弱。此外，牡蛎壳在通过系统时将盐释放到废水中，从而增加了水中的盐含量。流入废水的pH值在6.26和7.11之间，纯净水的pH值（流出量）在6.69和7.57之间。pH的增加是由盐含量增加引起的，这会抑制微生物的生长[ 牡蛎壳在通过系统时将盐释放到废水中，从而增加了水中的盐含量。流入废水的pH值在6.26和7.11之间，纯净水的pH值（流出量）在6.69和7.57之间。pH的增加是由盐含量增加引起的，这会抑制微生物的生长[ 牡蛎壳在通过系统时将盐释放到废水中，从而增加了水中的盐含量。流入废水的pH值在6.26和7.11之间，纯净水的pH值（流出量）在6.69和7.57之间。pH的增加是由盐含量增加引起的，这会抑制微生物的生长[23 ]。因此，系统C的COD去除效率最低。所有四种MSL样品的比较显示，在HLR = 2.0m 3 / m 2 / d条件下，系统A实现了约50％的COD去除率。系统B，C和D分别在HLR = 1.0,0.5-1.0和1.0-2.0m 3 / m 2 / d时获得与系统A（约50％）类似的结果。这些发现表明，当MSL系统内的废水停留时间延长时，膨胀粘土聚集体，牡蛎壳和颗粒活性炭系统可以实现与沸石系统类似的COD去除效率。在这些系统中，牡蛎壳系统需要的保留时间是沸石系统的两到四倍。
在各种HLR条件下四种MSL样品的平均COD去除效率。
Boonsook 等。[ 14 ]开发了MSL系统，并使用沸石，沸石珍珠岩，珍珠岩，砾石和木炭作为PL材料。他们随后进行了一系列室内试验，发现在HLR为0.096-0.346 m 3 / m 2 / d且在非充气条件下，所有PL材料的COD去除率均为79.0％-98.1％。对于本研究，在HLR = 0.5 m 3 / m 2 / d 下，四种MSL样品的平均COD去除效率分别为77.8％，69.8％，54.1％和74.4％。很明显，系统A和D的COD去除率与Boonsook 等人的结果相似。，但系统B和C表现不佳。因此，需要降低HLR以提高系统B和C的性能。
N的去除依赖于微生物作用。具体地，Org-N 通过氨化转化为NH 3 -N。接下来，通过硝化将NH 3 -N转化为NO 2 -N，随后转化为NO 3 -N。最后，NO 2 -N和NO 3 -N 通过反硝化作用转化为N 2 [ 4 ]。表4显示了在各种HLR条件下的NH 3 -N去除效率。沸石显示出对NH 4 +的有利吸附和离子交换能力-N。此外，沸石显示出比其他样品材料更高的孔隙率，更大的表面积和更粗的聚集体表面，因此是更有利的微生物载体。MSL系统中的沸石材料通过离子交换机制吸附废水中的NH 4 + -N离子，并作为硝化细菌的载体，将废水中的NH 3 -N转化为NO 3 -N，从而形成自吸/自硝化循环过程。换句话说，沸石材料通过完全或部分自再生过程实现连续循环。因此，系统A实现了NH 3-N在各种HLR条件下的-N去除效率范围为87.4％至99.8％。系统B和系统D的NH 3 -N去除性能明显差于系统A.
不同HLR条件下NH 3 -N的去除性能。
| 测试条件 | 过滤介质 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 系统A. | 系统B. | 系统C. | 系统D. | ||
| HLR（m 3 / m 2 / d） | 流入量（mg / L） | 24.6±3.7 | 24.6±3.7 | 27.5±6.9 | 27.5±6.9 |
| 0.5 | 流出量（mg / L） | 0.07±0.05 | 2.82±0.79 | 6.26±1.59 | 0.27±0.14 |
| ％删除 | 99.7±0.2 | 87.2±4.5 | 77.9±1.6 | 99.2±0.4 | |
| 1.0 | 流出量（mg / L） | 0.08±0.06 | 7.73±0.89 | 12.91±2.62 | 0.22±0.12 |
| ％删除 | 99.7±0.2 | 67.0±5.2 | 53.8±3.9 | 99.3±0.4 | |
| 2.0 | 流出量（mg / L） | 0.37±0.19 | 14.15±2.37 | 16.54±4.44 | 0.57±0.18 |
| ％删除 | 98.6±0.7 | 45.6±4.0 | 41.3±1.9 | 97.6±1.3 | |
| 3.0 | 流出量（mg / L） | 2.96±1.00 | 14.63±2.74 | 20.19±4.82 | 1.72±0.41 |
| ％删除 | 87.5±4.5 | 37.2±5.9 | 24.8±2.5 | 93.4±2.0 | |
除系统A外，系统D还表现出有利的NH 3 -N去除效率（图8）。系统D中使用的颗粒活性炭的特性与沸石相似; 具体而言，活性炭的聚集表面显示出良好的离子吸附能力并且富含微生物。因此，活性炭可以同时实现化学吸附，离子交换和双功能化。然而，本研究中使用的活性炭是从水净化厂回收的，因此一部分聚集体的污染物吸附能力已经达到饱和，从而导致NH 3略微变弱-N去除效率高于系统A.但是，在各种HLR条件下，系统D仍然实现了超过90％的NH 3 -N去除效率。
在各种HLR条件下，四种MSL样品的平均NH 3 -N去除效率。
系统B和C 在所有HLR条件下显示出显着更低的NH 3 -N去除效率，除了HLR = 0.5 m 3 / m 2 / d，其中系统保持70％至80％的去除效率。在高HLR条件下性能特别低，在该条件下系统表现出50％或更低的去除效率。缺乏效率的主要原因是膨胀的粘土聚集体（47±8meq / 100g）和牡蛎壳（32±6meq / 100g）的CEC值较低。此外，膨胀粘土聚集体是大孔的轻质聚集体，具有相对较弱的离子吸附能力。在高流速条件下，NO 3 -附着在聚集体表面和孔内的-N很容易被浸出，从而增加了流出物中的NO 3 - -N浓度。因此，流出样品中的NO 3 - -N浓度随时间增加。这些结果与Boonsook 等人获得的结果一致。[ 14 ]，谁测试了基于沸石的珍珠岩MSL系统。如图9a所示，在低HLR条件下，NO 3 - -N浓度随时间的增加不太明显。如所示出的在图9中 B，流出NO 3 --N系统C的浓度显着高于系统A的浓度，表明沸石系统的脱氮性能优于膨胀粘土骨料体系的脱氮。
在各种HLR条件下流出的NH3-N浓度的变化。（a）系统B（膨胀粘土骨料）; （b）系统A（沸石）。
TP的去除主要依赖于SML块内的铁屑和土壤。磷酸根离子与SML嵌段中的铁离子结合，导致磷酸根离子的沉降。这种去除机制证明与所选PL材料没有直接关联[ 4 ]。如图10所示，所有四个MSL样品均实现了高于90％的TP去除效率。例如，在HLR = 0.5,1.0,2.0和3.0 m 3 / m 2下，系统A的TP去除效率分别为98.7％，97.1％，95.8％和93.1％/ d条件，分别。结果还表明，随着HLR条件的增加，TP去除效率略有下降。因此，当控制HLR时，并且当向SML中添加适量的铁屑时，无论选择何种PL材料，MSL系统都可以有效地从废水中去除TP。表5显示了各种HLR条件下的TP去除效率。结果还表明，随着HLR的降低，TP去除率增加。
在各种HLR条件下，四种MSL样品的平均TP去除效率。
不同HLR条件下的TP去除性能。
| 测试条件 | 过滤介质 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 系统A. | 系统B. | 系统C. | 系统D. | ||
| HLR（m 3 / m 2 / d） | 流入量（mg / L） | 7.9±3.8 | 7.9±3.8 | 10.7±5.0 | 10.7±5.0 |
| 0.5 | 流出量（mg / L） | 0.15±0.12 | 0.14±0.06 | 0.28±0.19 | 0.08±0.04 |
| ％删除 | 98.5±0.8 | 98.4±0.4 | 97.8±0.7 | 99.1±0.1 | |
| 1.0 | 流出量（mg / L） | 0.25±0.12 | 0.27±0.16 | 0.57±0.36 | 0.12±0.03 |
| ％删除 | 96.9±1.2 | 96.4±0.5 | 94.4±2.3 | 98.3±0.6 | |
| 2.0 | 流出量（mg / L） | 0.35±0.16 | 0.37±0.14 | 0.90±0.37 | 0.49±0.35 |
| ％删除 | 95.8±1.7 | 95.6±0.6 | 90.5±1.4 | 96.3±1.5 | |
| 3.0 | 流出量（mg / L） | 0.45±0.24 | 0.63±0.30 | 0.80±0.31 | 0.58±0.29 |
| ％删除 | 92.5±3.1 | 93.2±1.2 | 91.4±2.3 | 93.3±1.6 | |
本研究开发了MSL测试仪器并进行了一系列室内测试，确定PL材料对水净化效率的影响。沸石和颗粒活性炭是多孔材料，具有一致的聚集体尺寸，粗糙的表面和有利的CEC值，使其成为去除SS，COD和NH 3的理想选择-N。因此，本研究认为用沸石代替回收颗粒活性炭作为MSL系统中的PL材料是可行的。然而，由于其相对较小的聚集体尺寸，长期使用粒状活性炭可能导致堵塞。为防止堵塞，本研究建议增加HLR。此外，膨胀粘土聚集体是大孔的轻质聚集体，具有相对较弱的离子吸附能力。为提高膨胀粘土骨料的COD和NH 3 -N去除效率，使用0.5和1.0 m 3 / m 2之间的HLR/ d是推荐的。牡蛎壳是大而扁平的聚集体，其在MSL系统内形成不均匀分布的孔，这对于SS的阻塞是不利的。牡蛎壳的低CEC也表明该材料具有不利的离子吸附能力。此外，牡蛎壳在流过系统时会将盐释放到废水中。增加的盐含量因此抑制微生物生长。因此，牡蛎壳在四种MSL样品中表现出最低的平均COD和NH 3 -N去除效率。总的来说，使用牡蛎壳作为PL材料仍然可以实现污染物去除，但应延长废水在MSL系统内的停留时间。该研究表明使用HLR <0.5 m 3 / m 2/ d。此外，所有四种PL材料都实现了有利的TP去除效率。总之，沸石可以成功地用膨胀的粘土聚集体，牡蛎壳和从HLR较低的水净化厂收集的已经使用的颗粒状活性炭取代，可以减少废物对环境的影响，增加可再生材料的使用，并降低建立MSL系统的成本。
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