初沉單元中凈化材料的篩選及運(yùn)行參數(shù)研究

王鈺欽，鄭堯，2*，錢信宇，楊曉曦，陳家長，2，吳偉，2*

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇 無錫214081；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心，江蘇 無錫214081）

改革開放以來，我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅猛。2018年全國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量4 991.06萬t[1]，占世界水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量的60%以上[2]。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的大體量帶來了大量的廢水或尾水，同時也造成了污染。我國水產(chǎn)養(yǎng)殖大多采用高密度養(yǎng)殖，通常伴隨過量的施肥投餌，因此造成養(yǎng)殖水體及周邊自然水生態(tài)環(huán)境中總氮（TN）、總磷（TP）和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）的升高[3-5]。目前，我國重要漁業(yè)水域普遍存在TN、TP和CODMn超標(biāo)的情況[6]。TN、TP 超標(biāo)造成水體富營養(yǎng)化，而CODMn超標(biāo)會導(dǎo)致水體溶氧降低，從而破壞生態(tài)平衡[5]。

養(yǎng)殖尾水的處理和凈化方法可分為原位凈化和異位凈化。異位凈化因凈化效果更好而受到廣泛重視[5]。在異位生態(tài)處理系統(tǒng)中，一般以沉淀單元作為凈水處理的初級單元，其能夠降低水中的懸浮物濃度和后續(xù)污水處理單元的壓力，減少堵塞發(fā)生，且具有一定的水質(zhì)凈化效果。有研究表明，沉淀池能使對蝦養(yǎng)殖廢水中的懸浮物在2 h左右下降39%～46%[7]。劉旭加等[8]構(gòu)建了流程為魚池→沉淀池→蛋白質(zhì)分離器→生物濾池→海馬齒浮床→紫外殺菌的養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)，其中沉淀池COD、NH+4-N 等水質(zhì)指標(biāo)均顯著低于養(yǎng)殖池，但各處理池間均無顯著差異，說明在其試驗(yàn)中，沉淀池具有強(qiáng)大的水質(zhì)凈化能力。

目前，關(guān)于沉淀單元凈化材料的研究主要集中在沉積物去除方面，但從最佳添加量和分布方式角度對其凈水能力強(qiáng)化的研究較少。本文通過模擬初級沉淀單元，研究不同凈化材料對沉淀單元凈化效果的強(qiáng)化作用，從中篩選出1～2種凈化效果較好的材料。并對篩選出的凈化材料添加量進(jìn)行研究。期望通過對沉淀單元凈化效果的強(qiáng)化，為養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)提升凈化效果、增加凈化效率做出一定的貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

凈化材料選取除磷型改性凹凸棒土（The phos?phorus removal type Al-impregnated thermally-treated calcium-rich attapulgite，Al@TCAP-P）、除氮型改性凹凸棒土（The nitrogen removal type，Al@TCAP-N）、陶粒砂、細(xì)菌屋、火山石、吸氨石和活性炭等7 種。Al@TCAP-P 和Al@TCAP-N 由中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所尹洪斌研究員提供，為粒徑2 mm 的顆粒狀固體；陶粒砂、細(xì)菌屋、火山石、吸氨石由廣州花地水族用品有限公司提供，陶粒砂為粒徑2 mm 的球狀固體，火山石、吸氨石為粒徑4 mm 的不規(guī)則固體，細(xì)菌屋為規(guī)格3 cm×3 cm×15 cm 的長方體；活性炭由國藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司提供，為直徑0.3 cm、高1.5 cm 的圓柱體。試驗(yàn)用養(yǎng)殖尾水選取羅非魚養(yǎng)殖尾水，取自中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心養(yǎng)殖池塘，其中TN、TP、CODMn初始濃度范圍分別為（14±2）、（3±1）、（19±6）mg·L-1。參照第二次全國面源污染普查數(shù)據(jù)，該尾水的污染負(fù)荷在所有養(yǎng)殖尾水中位居中上水平，具有一定的代表性，且未見以上材料在此污染負(fù)荷條件下初沉單元中的應(yīng)用效果研究。

1.2 試驗(yàn)方法

水質(zhì)TN 采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定，TP 采用鉬酸銨分光光度法測定，CODMn采用酸性高錳酸鉀法測定，具體參照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 11894—1989、GB 11893—1989 和GB 11892—1989。

1.2.1 凈化材料篩選

試驗(yàn)在淡水漁業(yè)研究中心的養(yǎng)殖尾水沉淀單元模擬系統(tǒng)中進(jìn)行，該系統(tǒng)為長方形，有機(jī)玻璃材質(zhì)，規(guī)格為70 cm×70 cm×50 cm，有效體積為250 L。將羅非魚養(yǎng)殖尾水導(dǎo)入沉淀模擬系統(tǒng)，并在其中添加凈化材料。試驗(yàn)設(shè)7 個處理組，分別添加Al@TCAP-P（A）、Al@TCAP-N（B）、陶粒砂（C）、細(xì)菌屋（D）、火山石（E）、吸氨石（F）、活性炭（G組）等凈化材料，同時設(shè)置不添加凈化材料的空白對照組（CK）。本試驗(yàn)采用的凈化材料的粒徑、比表面積、孔隙率等參數(shù)雖對凈化效果有一定影響，但均需進(jìn)行加工，為節(jié)約實(shí)際使用時的工序，本試驗(yàn)直接使用購置后的材料進(jìn)行試驗(yàn)。凈化材料的添加量通常根據(jù)污水中污染物濃度決定[9]，為了控制變量，本試驗(yàn)將材料添加量統(tǒng)一設(shè)置為4 g·L-1，凈化材料堆積于系統(tǒng)的底部，共設(shè)3 組平行。于試驗(yàn)開始后第7、14、21、28 d采集水面下0.15 m處的水樣，分析測定水質(zhì)的TN、TP和CODMn濃度，比較各種材料對TN、TP和CODMn的處理效果，并從中篩選出1～2種適宜的可提高初沉池初級凈化效果的凈化材料。

1.2.2 凈化材料最適添加量

采用1.2.1 中所篩選出的凈化材料（Al@TCAP-N與火山石）在沉淀單元模擬系統(tǒng)中單獨(dú)進(jìn)行適宜添加量的試驗(yàn)。將羅非魚養(yǎng)殖尾水導(dǎo)入沉淀單元模擬系統(tǒng)，在其中添加不同質(zhì)量的凈化材料，以獲得適宜的添加量。試驗(yàn)設(shè)4個處理組，分別添加質(zhì)量濃度為1、3、6、10 g·L-1的凈化材料，并增設(shè)不添加凈化材料的空白對照組。凈化材料堆積在底層，每個處理設(shè)3 組平行。在試驗(yàn)開始后的0、24、48、72 h 和96 h 采集水面下0.15 m 處的水樣，分析測定水質(zhì)中TN、TP 和CODMn濃度，并計(jì)算處理前后TN、TP 和CODMn的去除率，以添加量為橫坐標(biāo)，去除率為縱坐標(biāo)，制作擬合曲線，獲得曲線公式，根據(jù)曲線公式計(jì)算極大值點(diǎn)，極大值點(diǎn)的均值即為最適添加量。

1.2.3 凈化材料最佳分布方式

采用Al@TCAP-N 與火山石在沉淀單元模擬系統(tǒng)中進(jìn)行分布方式的試驗(yàn)，凈化材料的添加量為6 g·L-1。將羅非魚養(yǎng)殖尾水導(dǎo)入沉淀單元模擬系統(tǒng)，并將凈化材料按不同的分布方式置于系統(tǒng)中。試驗(yàn)設(shè)3個處理組，分別以堆積、平鋪和懸掛3種方式放置于模擬系統(tǒng)中，同時設(shè)置不添加凈化材料的空白對照組。其中堆積組為凈化材料占據(jù)模擬系統(tǒng)底部平面中心并由底向上疊加，形成直徑約15 cm 的圓錐形堆積體；平鋪組為凈化材料鋪設(shè)在模擬系統(tǒng)底部，凈化材料為單層平鋪，盡量減少材料顆粒間的接觸，盡可能多地占據(jù)底部平面；懸掛組為凈化材料用網(wǎng)袋懸掛于模擬系統(tǒng)中，形成直徑約10 cm 的球體，懸掛于水面下5 cm 處，使凈化材料接觸到上層水體。分別在試驗(yàn)開始后的0、24、48、72 h 和96 h 采集水面下0.15 m 處的水樣，分析測定水質(zhì)中TN、TP 和CODMn濃度，并計(jì)算處理前后TN、TP和CODMn的去除率，與同一時間空白對照組的濃度、去除率相比對，獲得最佳的材料分布方式。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在Excel 2019 軟件中完成數(shù)據(jù)處理、擬合曲線、計(jì)算擬合度參數(shù)R2和極大值點(diǎn)，各擬合曲線公式如下：二次擬合曲線計(jì)算公式y(tǒng)=ax2+bx+c；三次擬合曲線計(jì)算公式y(tǒng)=ax3+bx2+cx+d。根據(jù)R2選擇擬合曲線。在Origin 94 中進(jìn)行相關(guān)圖形的繪制，在IBM SPSS Statistics 19 中完成方差分析、均值LSD 多重比較及多項(xiàng)式對比。數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 凈化材料的篩選

圖1 為各處理組在試驗(yàn)28 d 內(nèi)TN、TP 和CODMn的變化情況。

對于TN 而言，與CK 組相比，A 組、B 組和F 組的下降幅度顯著（P＜0.05）；D 組和E 組有一定的下降，但不顯著；C 組和G 組無明顯變化；上述變化在試驗(yàn)的前14 d相對更明顯。

對于TP 而言，與CK 組相比，B 組、C 組和E 組有一定的下降，D 組、F 組和G 組在部分時間點(diǎn)有所上升，且這種變化在前7 d和后21 d有所不同；而A組在整個試驗(yàn)期間一直上升，且上升幅度顯著（P＜0.05）；E組在14 d有顯著（P＜0.05）下降，且在其他時間點(diǎn)的平均值有所下降。

對于CODMn而言，與CK 組相比，E 組在21～28 d顯著（P＜0.05）下降；B 組、C 組和G 組總體上在前21 d有一定的降低，但下降幅度較?。籄 組在整個試驗(yàn)期間一直上升，且上升幅度顯著（P＜0.05）。

總體來看，與0 d 相比較，凈化材料對3 項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的作用主要體現(xiàn)在前7 d，凈化效果在7 d時最佳，而在7～28 d內(nèi)各指標(biāo)基本呈上升趨勢（圖1）。為更直觀地通過分析凈化效率來篩選凈化材料，將同一處理組在4個不同時間點(diǎn)的水質(zhì)指標(biāo)濃度求平均值以分析其平均處理效率（表1）。

從表1 可見，對于TN 而言，相比CK 組，A 組、B 組和F組TN 下降顯著，分別達(dá)37%、36%和33%，但3者之間差異不顯著（P＞0.05）；C 組、D 組和E 組的下降幅度較低，僅為1%、5%和4%；G組不降反升，升高約2%。

對于TP 而言，相較于CK 組，E 組下降幅度較大，為34%；B 組、C 組、D 組和G 組下降幅度較低，分別為15%、8%、13%和16%；A組顯著上升（P＜0.01）。

對于CODMn而言，與CK 組相比，E 組下降幅度最大，為15%；B 組、D 組和G 組下降幅度較小，為2%、5%和7%；C 組、F 組有所上升；A 組顯著性上升（P＜0.01）。

表1 不同凈化材料處理?xiàng)l件下水質(zhì)指標(biāo)4個時間點(diǎn)的均值（mg·L-1）Table 1 Means at four time points of water quality index of under different purification materials treatment conditions（mg·L-1）

綜合上述結(jié)果，考慮到TN的凈化效果，A組、B組和F 組較適宜，C 組、D 組和E 組無負(fù)效應(yīng)；對于TP 的凈化，E組較適宜，B組、C組、D組和G組無負(fù)效應(yīng)；而對于CODMn，E 組較適宜，B 組、D 組和G 組無負(fù)效應(yīng)。兼顧3 個水質(zhì)指標(biāo)，選擇B 組和E 組較合理，即Al@TCAP-N 和火山石這2 種凈化材料，前者除氮為主，后者除磷和CODMn。如果這2 組結(jié)合，則兼具3 項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的凈化功能。

圖1 不同凈化材料處理?xiàng)l件下的水質(zhì)指標(biāo)變化Figure 1 Variation of water quality index of under different purification materials treatment conditions

2.2 凈化材料的最適添加量

沉淀單元模擬系統(tǒng)中各處理組的水質(zhì)指標(biāo)在7 d后基本呈上升趨勢（圖1），且在實(shí)際的處理過程中尾水在初級沉淀部分的停留時間一般不會超過3～4 d，故將試驗(yàn)時間調(diào)整為4 d。為明確處理的合理水力停留時間，取樣時間間隔設(shè)置為24 h，分別對Al@TCAP-N 和火山石（表2）在沉淀單元中的適宜添加量進(jìn)行了分析測定。

以添加量（1、3、6、10 g·L-1）為橫坐標(biāo)，去除率為縱坐標(biāo)制作擬合曲線，并計(jì)算曲線公式。然后進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)和擬合度參數(shù)計(jì)算，在一元二次方程和一元三次方程中選擇更適合的方程。通過表2 的各水質(zhì)指標(biāo)擬合相關(guān)分析結(jié)果可以看出，除個別時間點(diǎn)的指標(biāo)外，擬合曲線模型的模擬值與實(shí)測值之間顯著相關(guān)性水平為P＜0.05，表明擬合曲線的模擬效果較好，能為最適添加量的預(yù)測提供可靠支撐。通過計(jì)算得到各擬合曲線在區(qū)間內(nèi)（1～10 g·L-1）的極大值點(diǎn)，其中，Al@TCAP-N 去除不顯著的分組后，極大值點(diǎn)的均值為5.24，火山石沒有不顯著的分組，極大值點(diǎn)均值為5.02。

表2 水質(zhì)指標(biāo)的擬合曲線的公式、相關(guān)性分析和極大值點(diǎn)Table 2 Formula，correlation analysis and maximum point of the fitting curve of water quality index

2.3 凈化材料的最佳分布方式

凈化材料的不同分布方式會改變其與水體的接觸面積和吸附微生物的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變水質(zhì)凈化效果。圖2 為AL@TCAP-N 在不同分布方式下對養(yǎng)殖尾水污染物的去除效果。對于TN 而言，與CK 相比，各處理組在24 h后水質(zhì)濃度均顯著下降（P＜0.05），其中平鋪處理組的下降幅度最高（P＜0.05）；各處理組的去除率均有所提高（P＜0.05），其中平鋪處理組的去除率提升幅度最高（P＜0.05）。對于TP 而言，與CK 相比，除堆積處理組外，平鋪和懸掛處理組的去除率都具有顯著提高（P＜0.05），其中平鋪處理組的去除率提高最大（P＜0.05）。對于CODMn而言，與CK 相比，平鋪和懸掛處理組的濃度均有所下降，3 種分布方式的去除率均有顯著提高（P＜0.05），其中平鋪處理組的提高最大（P＜0.05）。對照各個時間點(diǎn)的水質(zhì)指標(biāo)濃度發(fā)現(xiàn)，除TN 外，其他水質(zhì)指標(biāo)濃度最低點(diǎn)基本在24 h。對于AL@TCAP-N 而言，其對水質(zhì)的處理效果為平鋪方式＞懸掛方式＞堆積方式。

圖3 顯示了火山石在不同分布方式下對養(yǎng)殖尾水污染物的去除效果。對于TN 而言，與CK 相比，各處理組的TN 濃度在24 h 后均有下降，其中堆積組的下降顯著（P＜0.05）；各處理組的去除率均有所提升，其中堆積組去除率的提高幅度最大（P＜0.05）。對于TP 而言，與CK 相比，僅有堆積處理組的去除率在48 h 之后有所提升。對于CODMn而言，與CK 相比，除平鋪處理組外，堆積組和懸掛組的去除率在48 h后均顯著提升（P＜0.05）。對于火山石而言，其對水質(zhì)的處理效果為堆積方式＞懸掛方式＞平鋪方式。

圖2 不同Al@TCAP-N分布方式處理?xiàng)l件下的水質(zhì)指標(biāo)變化Figure 2 Variation of water quality index of under different Al@TCAP-N distribution mode treatment conditions

圖3 不同火山石分布方式處理?xiàng)l件下的水質(zhì)指標(biāo)變化Figure 3 Variation of water quality index of under different volcanic rock distribution mode treatment conditions

3 討論

對于水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水，TN 主要通過材料吸附和微生物的硝化、反硝化作用離開水體，TP 主要通過微生物的分解、富集和材料吸附離開水體，CODMn主要通過氧化作用和微生物的作用而降低[10]。本試驗(yàn)選取的凈化材料雖都曾作為人工濕地填料、過濾系統(tǒng)濾料用于污水處理領(lǐng)域，但從尾水處理系統(tǒng)初沉單元中最佳添加量和分布方式角度，未見相關(guān)研究報道。在所有7 種凈化材料中，Al@TCAP-P 對TN 的去除效果最佳，能在正常沉淀（空白對照）的基礎(chǔ)上增加37%的TN 去除率，但同時會增加水體中TP 和CODMn濃度。Al@TCAP-N 在正常沉淀的基礎(chǔ)上增加了36%的TN去除率，與Al@TCAP-P 差異不顯著（P＞0.05），能同時增加15%的TP 去除率和2%的CODMn去除率。本研究中所用的改性凹凸棒土曾用于黑臭水體的底泥修復(fù)，其能有效降低底泥中TN 和TP 的濃度，并降低水體中和的濃度[9]。但本研究中2 種改性凹凸棒土對TP、CODMn的去除效果比較低，尤其是除磷型的材料，這一方面可能與底泥和水體環(huán)境差異有關(guān)，另一方面可能與材料對磷吸附的形態(tài)有關(guān)。除磷型材料對的凈化能力較強(qiáng)，對結(jié)合態(tài)磷的去除效果稍弱。Al@TCAP-N 與Al@TCAP-P 皆為改性凹凸棒土，其具備比表面積大（54.02 m2·g-1）、孔隙率高（59.62%）等優(yōu)點(diǎn)，常用于各種廢水凈化[11]。在本研究中，火山石能在正常沉淀的基礎(chǔ)上增加4%的TN 去除率、34%的TP去除率和15%的CODMn去除率，對TP和CODMn的去除較理想?；鹕绞且环N多孔環(huán)性凈化 材 料，比 表 面 積 大（14.67 m2·g-1）[12]、孔 隙 率 高（57%）[13]、吸附性能高、硬度大、惰性高，具有較好的TN、TP和CODMn去除效果[14]。

在其余5 種材料中，陶粒砂常被用于水族過濾設(shè)施和人工濕地系統(tǒng)中，可通過吸附作用降低水體中的磷，但陶粒砂的組成成分和制備工藝不同，凈水效果也有所差異[15]。本研究選用的陶粒砂在強(qiáng)化沉淀單元模擬系統(tǒng)的水質(zhì)凈化時效果并不顯著。細(xì)菌屋是一種新型凈化材料，主要通過為水體中的微生物提供附著環(huán)境、通過微生物代謝來有效地去除水體中的[16]。在本研究中，細(xì)菌屋能在正常沉淀的基礎(chǔ)上增加5%的TN 去除率、16%的TP 去除率和2%的CODMn去除率，這種效果與微生物的種類、數(shù)量和生長代謝密切相關(guān)。吸氨石是一種乳白色的不規(guī)則天然材料，因?qū)τ休^強(qiáng)的吸附能力而得名，其對高濃度有機(jī)廢水具有較強(qiáng)的凈化能力[17]。本研究中吸氨石能增加33%的TN 去除率，主要貢獻(xiàn)也在于對的吸附，但其會增加水體中TP 和CODMn的濃度?；钚蕴渴且环N孔隙率高、比表面積大的凈化材料，具備較強(qiáng)的吸附能力，并能改善水體中的C/N，促進(jìn)微生物生長，有效降低水體中的COD 和懸浮污染物[18]。本研究中活性炭能增加16%的TP 去除率和7%的CODMn去除率，但對TN的凈化無明顯強(qiáng)化。

上述7種材料中尚無一種對3種水質(zhì)指標(biāo)均有良好的去除效果，只能選擇對1～2項(xiàng)指標(biāo)有較強(qiáng)凈化效果而對其他指標(biāo)無明顯反作用的凈化材料。如28 d凈化結(jié)束時TN 去除效果最好的凈化材料為Al@TCAP-P 而不是Al@TCAP-N，但此時Al@TCAPP會大量增加水體中TP和CODMn的濃度，故綜合考慮仍選擇Al@TCAP-N 強(qiáng)化去除氮。此外，火山石雖然對TN 的去除率不高，但對TP 和CODMn的去除效果最佳，故火山石也是符合條件的凈化材料。本試驗(yàn)中，Al@TCAP-N 具備很強(qiáng)的TN去除能力，可能與其較大的比表面積有關(guān)；但由于經(jīng)過鋁鹽改性，負(fù)載微生物能力可能受到影響，對結(jié)合態(tài)磷的分解和有機(jī)物的氧化強(qiáng)化效果不佳，導(dǎo)致TP、CODMn的去除率較低[19-20]。鮑祥等[19]使用鹽酸對凹凸棒土進(jìn)行改性，并負(fù)載鋁鹽，發(fā)現(xiàn)其對TP 的去除率能高達(dá)96%，而本試驗(yàn)中的Al@TCAP-N 對TP 凈化效果較差，原因可能為：（1）熱改性和酸改性的凹凸棒土結(jié)構(gòu)不同，對氮磷的吸附能力有所差異；（2）鮑祥等的試驗(yàn)使用磷酸二氫鉀配制的磷溶液，本試驗(yàn)使用羅非魚養(yǎng)殖廢水，養(yǎng)殖廢水中的磷多以結(jié)合態(tài)呈現(xiàn)，不易被直接吸附?；鹕绞疶N凈化效果較差，可能與其較小的比表面積有關(guān)，由于火山石是天然材料，且具備惰性，不易對附著的微生物產(chǎn)生影響，故相較于Al@TCAP-N 更適宜微生物附著，從而能加強(qiáng)結(jié)合態(tài)磷的分解和有機(jī)物的氧化，促進(jìn)TP、CODMn的去除。李瓊輝等[21]對以火山石為基質(zhì)的人工濕地進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)火山石具備很強(qiáng)的TP吸附能力，僅次于活性炭?；鹕绞哂袕?qiáng)的TP 吸附能力，這與本試驗(yàn)結(jié)果相符，但在本試驗(yàn)中活性炭的除磷能力低于火山石，造成這種差異的原因可能是由試驗(yàn)用水的差異導(dǎo)致的。本試驗(yàn)選用羅非魚養(yǎng)殖廢水，其中磷常以結(jié)合態(tài)存在，李瓊輝等使用配制的磷溶液進(jìn)行試驗(yàn)，磷溶液中磷以溶解態(tài)存在，活性炭對溶解性磷吸附效果高于火山石，但可能無法有效吸附結(jié)合態(tài)磷，從而導(dǎo)致本試驗(yàn)中活性炭除磷效果較低。Al@TCAP-N 為經(jīng)鋁鹽浸泡和高溫改性后的凹凸棒土，其制備步驟簡單。凹凸棒土在江蘇南京和淮安等地多有分布；火山石分布廣泛，且具備較強(qiáng)的惰性和強(qiáng)度，能夠通過沖洗等方法重復(fù)利用[22-23]；二者價格低廉，使用成本低，且對沉淀單元的強(qiáng)化效果較佳，具有一定的實(shí)用性。本試驗(yàn)沒有對材料的釋出問題進(jìn)行深入研究，但根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，Al@TCAP-N 在制備的最后利用純水進(jìn)行了洗滌，釋出物質(zhì)含量較低[9]，但在實(shí)際使用中應(yīng)進(jìn)一步研究；火山石本身為自然物質(zhì)，在高溫下形成，與玻璃具有相似的性質(zhì)，不易向水體中釋放物質(zhì)[23]。通過研究和比對，選取火山石和Al@TCAP-N 作為凈化材料進(jìn)行更加深入的試驗(yàn)研究。在初沉單元使用凈化材料過程中仍可能造成營養(yǎng)鹽濃度的升高，對材料使用后的水質(zhì)跟蹤監(jiān)測顯得很有必要。

在材料篩選的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)期間主要水質(zhì)指標(biāo)在試驗(yàn)7 d 后均呈上升趨勢，說明凈化主要發(fā)生在7 d之內(nèi)。同時考慮到實(shí)際水處理中初級沉淀的水力停留時間一般不會超過4 d，故后續(xù)試驗(yàn)的時間調(diào)整為4 d（即96 h）。在對最適添加量進(jìn)行測定的試驗(yàn)中，以添加量為橫坐標(biāo)，去除率為縱坐標(biāo)制作了擬合曲線，并計(jì)算出了極大值點(diǎn)，極大值點(diǎn)的數(shù)值即為擬合曲線中去除率最高時的材料添加量。綜合不同時間、不同水質(zhì)指標(biāo)的擬合曲線，Al@TCAP-N 的最適添加量為5.24 g·L-1，火山石的最適添加量為5.02 g·L-1。

初級沉淀單元中凈化材料引入后的處理效果，一方面與凈化材料的種類、添加量有關(guān)，同時與材料的分布方式密不可分。材料的不同分布方式會影響其與水體的接觸面積、影響凈化材料中微生物的群落結(jié)構(gòu)，從而影響處理效能。借鑒目前水處理中材料的主要分布方式，本試驗(yàn)設(shè)置了堆積、平鋪和懸掛3 種不同的分布方式。堆積能使水體材料的外部形成好氧環(huán)境而內(nèi)部生成厭氧環(huán)境，促進(jìn)水體AO（Anoxic Oxic，好氧厭氧處理）凈化；平鋪能夠增加水體與凈化材料的接觸面積，加強(qiáng)吸附效果；懸掛能夠增加凈化材料和不同深度水體表面的接觸，特別是水體上層受外界干擾較大，容易產(chǎn)生波動，能增加污水與凈化材料的接觸，從而促進(jìn)凈化材料生成好氧微生物菌落，但懸掛需增加網(wǎng)袋等物料，增加運(yùn)行成本。因Al@TCAP-N 是一種高效的吸附材料，平鋪和懸掛都能增加其與水體的接觸面積，但平鋪的Al@TCAP-N對TN、TP 和CODMn去除效果優(yōu)于懸掛，故Al@TCAPN 的最佳分布方式為平鋪。而火山石開孔率高，內(nèi)部有多孔隙結(jié)構(gòu)，堆積后與污水有較大的接觸面積[14，24]，且有助于生成厭氧微生物菌落，故堆積分布的火山石在TN 的去除上優(yōu)于平鋪和懸掛，在48～96 h間TP 的去除率也高于平鋪和懸掛，在24 h 和96 h 的CODMn去除率也高于平鋪和懸掛，由此得出火山石的最佳分布方式為堆積。

本試驗(yàn)中，初始時間（0 h）各組水質(zhì)指標(biāo)略有不同，可能是由導(dǎo)入尾水時池塘深度變化所導(dǎo)致的，為減少對試驗(yàn)結(jié)果的影響，本試驗(yàn)選擇去除率作為主要標(biāo)準(zhǔn)。其他時間點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)基本呈下降趨勢（相較于0 h），較為符合沉淀單元的凈化特點(diǎn)。因時間和條件有限，對沉淀單元強(qiáng)化還有較多方面有待研究：（1）Al@TCAP-N 的TN 去除能力較強(qiáng)，火山石的TP、CODMn去除能力較強(qiáng)，能否將二者復(fù)合使用；（2）添加凈化材料后對沉淀單元的基本功能是否存在負(fù)面影響；（3）凈化材料凈化能力上限在哪？（4）凈化材料使用后凈化效果強(qiáng)化可持續(xù)多長時間？（5）Al@TCAP-N是否具備重復(fù)利用能力？

4 結(jié)論

（1）為強(qiáng)化初沉單元的水質(zhì)凈化能力，將7 種凈化材料添加至初沉單元，從中篩選出能夠強(qiáng)化TN、TP和CODMn凈化效果的Al@TCAP-N 和火山石。其中，Al@TCAP-N 對TN的去除效果最佳，去除率能在正常沉淀的基礎(chǔ)上增加36%，且能提高TP 15%、CODMn2%的去除率；火山石對TP 和CODMn的去除效果最佳，TP和CODMn去除率分別提高34%和15%，且能提高TN 4%的去除率。

（2）在養(yǎng)殖尾水處理初級沉淀單元中，篩選出的凈化材料Al@TCAP-N 和火山石的最適添加量分別為5.24 g·L-1和5.02 g·L-1，最佳分布方式分別為平鋪與堆積?；鹕绞虯l@TCAP-N 價格低廉，可通過科學(xué)合理的添加，強(qiáng)化具備初沉單元的尾水處理系統(tǒng)，具有一定的實(shí)用性。