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废水除磷方法

发布时间:2021-03-03

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目前,污水除磷的方法有化学沉淀法、电解法、微生物法、水生物法、物理吸附法、土壤处理法和膜技术处理法等〔1〕。其中吸附法以其容量大、耗能少、污染小、去除快和可循环等优点,在除磷方面得到了广泛的应用。用单一材料直接吸附磷的研究已经成熟,现在的主要研究方向已经转为对材料进行改性后用于磷的吸附研究,改性材料的吸附研究方兴未艾。


1 吸附法除磷研究现状


1.1 活性炭


近年来对活性炭用于吸附的研究,大多以改性的方式出现,通过增强活性炭的化学吸附能力来提高除磷效果。


含铁活性炭有很好的吸附磷效果,Zhengfang Wang等〔2〕对比含铁活性炭(AC-Fe)和含铁氧化活性炭(AC/O-Fe)后发现,通过硝酸氧化的活性炭(AC/N-Fe)可搭载更多的Fe,从而在活性炭表面形成大量的活性位点,得到了比AC-Fe更高的磷吸附效果。其中AC/N-FeⅡ和AC/N-FeⅢ的吸附过程主要以表面吸附和颗粒内扩散为主,且AC/N-FeⅡ较AC/N-FeⅢ颗粒内扩散能力强,活化能更高,因此综合研究表明:AC/N-FeⅡ对磷吸附效果优于AC/N-FeⅢ〔3〕。


ACF-La的吸附磷能力会因溶液中存在NO3-、SO42-、CO32-而变差〔4〕。ACF-LaOH吸附磷的主要机理是配体交换、静电作用和Lewis酸碱反应。pH增加会减弱配体交换和静电作用的能力,而增强Lewis酸碱反应的能力,致使综合吸附量减少〔5〕。Jianyong Liu等〔6〕研究ACF-LaFe吸附磷发现,ACF-LaFe带有大量净正电荷,使得其完全吸附容量高于ACF-LaOH,室温下完全吸附容量可达29.44 mg/g,共存阴离子对吸附磷有不利影响,顺序为:F->SO42->NO3- >Cl-。


1.2 生物质


生物质主要指自然界中一切有生命的可以生长的有机物质。用于吸附工程的有机物质及其废弃物就是生物质吸附剂。生物质吸附剂具备以下优点〔7〕:材料成本低、分布广;孔隙率高,表面积大;表层含有较多羟基,改性简单,与磷酸根离子反应的活性较高;在水中不溶解,易分离。近年来研究的生物质吸附剂有软体动物壳、蛋壳、甘蔗渣等。


Wanting Chen等〔8〕在研究用牡蛎壳吸附初始质量浓度为10 mg/L的磷时发现,反应温度从20 ℃升到30 ℃和壳粒径从590 μm降到180 μm,都会增大牡蛎壳的吸附容量,牡蛎壳有丰富的吸附位点,并且比大多数吸附剂更环保。


T. Köse等〔9〕用焙烧废蛋壳(CWE)吸附磷时发现,CWE对磷的吸附去除率在pH 为2~10时都能大于99%,并得到吸附剂的最佳投加质量浓度为2 g/L;其他阴离子的存在对CWE吸附磷的影响不大,吸附磷后的CWE由于含有大量钙、镁和磷,可用作肥料和土壤改良剂;附着氢氧化铁的废蛋壳吸附磷的速率很快。


W. Carvalho等〔10〕研究改性甘蔗渣吸附磷的效果发现,附着Fe2+的甘蔗渣(0.06 mol/g)比不附着 Fe2+的甘蔗渣在吸附磷的效率方面提高了45%,羧甲基改性的甘蔗渣附着Fe2+的浓度比未改性的甘蔗渣提高了80%,只需要对原材料做稍微的化学改性,磷吸附性能就能得到大大的优化。


1.3 金属(氢)氧化物


1.3.1 金属氧化物


金属氧化物具有表面积大、羟基团众多和选择吸附性高的优点。


氧化铁吸附磷主要通过球面的静电吸附和球内络合的化学吸附〔11〕。磁性氧化铁纳米粒子在磷的初始质量浓度为2~20 mg/L、吸附剂投加质量浓度为0.6 g/L、反应时间为24 h时,得到磷完全吸附容量为5.03 mg/g,在pH=11.1时,吸附容量则急剧下降到0.33 mg/g〔12〕。


L. Rodrigues等〔13〕研究水合氧化锆吸附磷时发现,温度由25 ℃升至65 ℃时,吸附容量则由53 mg/g升至67 mg/g,且在12 h达到吸附平衡,在pH=12时能解吸约74%的磷。氧化锆纳米粒子吸附磷的速率很快,在pH=6.2时可达最完全吸附容量为99.01 mg/g,是吸附容量最高的吸附剂之一,高浓度的共存阴离子对磷的吸附影响很小,吸附的最适pH 为2~6,吸附容量在pH超过7时急剧下降〔14〕。


1.3.2 水滑石


黄中子等〔15〕在研究MgAl-CO3水滑石吸附磷时发现,当磷的初始质量浓度在25~100 mg/L时,30 min内即可达到吸附平衡,磷的去除率超过99%。MgAlZr-CO3水滑石对磷的选择吸附性很高,吸附溶液中离子的排序为HPO42->>SO42->Cl-、NO3-,这是由于磷酸根离子直接与层间Zr(Ⅳ)离子发生了络合反应〔16〕。


孙德智等〔17〕研究ZnAl-2-300水滑石吸附磷的效果发现,污泥脱水液的温度从25 ℃升到30 ℃时,水滑石的磷吸附容量明显增加,水温继续升至50 ℃时,水滑石吸附容量又降至25 ℃时的水平。焙烧ZnAl水滑石会增大表面积和增加孔隙率,焙烧温度为300 ℃时除磷效果最佳,600 ℃时变成尖晶石从而减小了表面积〔18〕。


胶体水滑石纳米片在pH为4.5~11内的除磷效果较好,吸附磷后的吸附剂可用作普通海藻石莼的生长肥料〔19〕。


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