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磷是构成生物体并参与新陈代谢过程必不可少的元素,也是引起水体富营养化的关键营养物质。近年来,水域水质恶化现象逐渐显现,富营养化问题频发,水质性缺水呈明显上升态势。因此,研究开发高效、经济的除磷材料是目前控制水体富营养化、削减磷排放的研究重点。
本文以工业废渣盐泥为基材,电石渣和水泥为添加剂,通过一定工艺,综合考虑吸附性能和抗粉化率等力学性能,确定了制备盐泥基复合除磷材料的最佳配比。
对以最佳配比制备的盐泥基复合除磷材料进行静态吸附试验,考察其除磷特性。研究结果表明,材料对磷的吸附等温线符合Freundlich方程(r2>96),由Langmuir方程计算出15、25、35℃时材料对磷的理论饱和吸附量分别为16.82、17.36和21.64mg/g。材料对磷的吸附为化学吸附,属吸热过程,且反应是自发进行的。材料对磷的吸附非常稳定,脱附解吸率很低。不同条件(粒径、初始磷浓度、pH值、温度)下材料吸附除磷动力学过程均能用一级动力学方程描述(r2>0.95)。
研究还发现,在静态试验中,随着溶液初始磷浓度的增高,材料对磷的吸附量增加,但除磷效率降低。在吸附初期,碱性环境下的除磷效果要优于酸性环境。随着吸附时间的延长,pH值的影响逐渐减小。材料投加量与磷的去除率成正相关,试验条件下最佳投加量为3.5g/250mL(材料与磷质量比为3.2g/mg)。材料的粒径越小,对磷的吸附速率越高,除磷效果也越好,试验条件下0.5cm粒径吸附效果最佳。背景氯化铵的存在使材料对磷的吸附有所下降。不同阴离子对材料除磷的影响不同:Cl-和NO3-影响较小,CO32-和SO42-的影响较大,其中CO32-的影响最大。
动态试验结果表明,在1#和2#吸附柱单柱试验中,装填材料平均粒径更大的2#吸附柱开始穿透和泄漏时间更早;在整个运行期间,2#吸附柱对磷的吸附总量及单位质量材料对磷的吸附量也小于1#吸附柱。旧柱+新柱串联方式将旧柱的泄漏周期延长了20d,充分利用了旧柱内材料的吸附容量。