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磷是地球上维系生命的主要元素之一,也是构成生物体并参与新陈代谢过程必不可少的元素,同时磷也是引起水体富营养化的关键物质。近年来,河流、湖泊、海洋等水域的水质日益恶化,富营养化现象时有发生,对湖泊、水库等封闭水体的影响尤为严重。因此,研究开发经济、高效的除磷材料是当今削减磷排放、控制水域富营养化的一个重点研究方向。本文主要研究成果如下:(1)在课题组前期研究的基础上,选用盐酸、氢氧化钠、氯化铁三种改性剂和高温活化的方法分别对粉煤灰和钢渣两种基材进行改性,再以高效复合除磷材料(EPRC)的最佳配比,通过一定工艺,制得改性型EPRC,并确定了改性工业废渣基复配材料除磷的适宜操作条件:分别将50g粉煤灰和钢渣加入200mL含Fe3+浓度为0.05mol/L的氯化铁溶液进行改性,随后使用制得的复配材料1g处理250mL含磷5mg/L的模拟废水,在反应开始后30h左右,吸附基本达到平衡,溶液中残余磷浓度均在0.1mg/L左右,处理后废水达到排放标准,结果表明经氯化铁改性后制得的EPRC除磷效果最好。(2)通过静态吸附试验,研究改性型EPRC的除磷性能,并与此前研究的非改性型EPRC进行对比。结果表明,改性型EPRC对磷的吸附符合Langmuir方程,其对磷的吸附为吸热过程,且反应是自发进行的。35℃时,0.5cm改性型EPRC的最大饱和吸附量高达6.95mg/g,比非改性型EPRC提高了 104.4%。改性型EPRC对磷的吸附符合准二级动力学模型,相关系数均大于0.98,而非改性型EPRC对磷的吸附更符合准一级动力学模型。粒径越小,材料吸附效果越好;材料投加量与磷的去除率成正相关;溶液pH对改性型EPRC的吸附效果影响不大;改性型EPRC对氨氮也有一定去除效果,氨氮浓度增加,改性型EPRC对磷的吸附量基本不受影响。在溶液初始磷浓度为5mg/L时,满足达标排放的材料最佳投加量为2.0g/250mL,而非改性型EPRC的最佳投加量为3.5g/250mL。(3)通过填料柱动态吸附试验,确定了在一定工况下(起始磷浓度5mg/L、进水流速1.5mL/min、填料质量100g)粒径为0.5cm改性型EPRC吸附柱的穿透时间为70天,相比非改性型EPRC吸附柱的45天有了很大提高。同时研究了材料粒径、吸附柱填料量、进水流速、起始磷浓度等因素对吸附柱穿透时间的影响,结果表明.:粒径越小,吸附容量越大,穿透时间越长,这与之前静态试验的结果一致;吸附柱中填料用量越大,穿透时间越长,但过量填充材料会造成出水流速降低甚至管道堵塞而不出水;进水流速越快,穿透时间越短,而流速过小会造成出水速度慢,吸附柱内液相纵向返混严重,对吸附不利;进水磷浓度越高,穿透时间也越短。出水pH随着时间的推移呈下降趋势,可以作为一项间接表示除磷特征的指标。(4)研究了改性型EPRC的安全性问题,并探讨了材料的最终处置。结果表明,改性型EPRC处理尾水中重金属含量(Cu、Zn)均达到了《地表水环境质量标准》(GB-3838-2002)Ⅱ类水质要求。改性型EPRC材料稳定性好,在清水和热水中的脱附率均很低(<1%),不会向水中再次释放磷元素。改性型EPRC在低浓度H2SO4(<0.5%)溶液中,可保持粒状,在高浓度H2SO4(>5%)溶液中散架,磷脱附率达99%以上,饱和后的粒状复配材料可尝试外层裹浆以进行二次利用,而散装材料可作为路基混合料代替土壤,应用于回填工程。