【摘 要】
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水体富营养化以及低浓度含磷废水已成为目前亟需解决的环境问题之一。现有的除磷方法中,吸附法因其去除效率高、吸附量大以及对低浓度含磷废水也有较好的去除效果而被广泛应用,但目前常用的除磷吸附剂大多为粉末状,实际应用过程中易流失且不易回收,急需开发针对低浓度磷去除效率高、易回收的吸附材料。粉煤灰作为工业废弃物,随意处置将会危害环境;海藻酸钠具有良好的凝胶性能且对环境友好;钙和镧既对磷有较好的亲和性,又可作
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水体富营养化以及低浓度含磷废水已成为目前亟需解决的环境问题之一。现有的除磷方法中,吸附法因其去除效率高、吸附量大以及对低浓度含磷废水也有较好的去除效果而被广泛应用,但目前常用的除磷吸附剂大多为粉末状,实际应用过程中易流失且不易回收,急需开发针对低浓度磷去除效率高、易回收的吸附材料。粉煤灰作为工业废弃物,随意处置将会危害环境;海藻酸钠具有良好的凝胶性能且对环境友好;钙和镧既对磷有较好的亲和性,又可作为金属交联剂制备凝胶微球。针对以上问题,本研究以海藻酸钠和粉煤灰为原料,利用钙和镧两种金属元素对其进行交联,制备镧钙-海藻酸钠-粉煤灰微球除磷吸附剂,并对其制备参数进行优化,研究其静态和动态吸附过程中对低浓度磷酸盐的吸附性能以及除磷机理。主要结论如下:(1)镧钙-海藻酸钠-粉煤灰微球优化后制备参数为:海藻酸钠浓度为2%、海藻酸钠与粉煤灰质量比为1:3、交联时间为8 h、交联剂浓度为5%以及钙镧比为7:3。(2)静态吸附实验分别考察了吸附剂投加量、pH和共存离子等因素对镧钙-海藻酸钠-粉煤灰微球吸附除磷效果的影响。当初始磷浓度为1 mg/L时,微球较优的投加量为0.75 g/L;当溶液初始pH值4.911.01范围内时,镧钙-海藻酸钠-粉煤灰微球对磷酸盐有96%以上的去除效率;溶液共存阴离子中SO42-和F-对镧钙-海藻酸钠-粉煤灰微球的除磷过程干扰较大;吸附动力学研究表明,镧钙-海藻酸钠-粉煤灰微球对磷酸盐的吸附过程符合准二级动力学模型,属于化学吸附;吸附等温线结果显示,升高温度有利于除磷吸附反应的进行,通过Langmuir模型拟合得到的微球最大吸附量为4.59 mg/g,Freundlich等温吸附模型表明微球对磷的吸附过程介于单层和多层吸附之间。(3)SEM、EDS、XRD和FTIR表征结果显示,镧钙-海藻酸钠-粉煤灰微球制备成功,镧和钙被成功交联在其内部;微球主要通过其表面的La3+和Ca2+与磷酸盐形成Ca2P4O12·4H2O、Ca3(PO4)2和LaPO4沉淀,除磷机理主要为化学吸附。(4)固定床动态吸附实验分别考察了填料层高度、进水流量和初始磷酸盐浓度对镧钙-海藻酸钠-粉煤灰微球除磷效果的影响。结果表明,填料层高度与吸附柱穿透、耗竭时间以及吸附容量成正相关关系;流速和初始磷酸盐浓度的增加会导致吸附柱穿透、耗竭时间的减少,吸附容量降低;BDST模型、Thomas模型以及Yoon-Nelson模型均能较好地镧钙-海藻酸钠-粉煤灰微球动态吸附除磷过程;Thomas模型拟合参数表明,固定床动态吸附实验可实现镧钙-海藻酸钠-粉煤灰微球的高效化利用。(5)在实际废水的静态和动态吸附实验中,镧钙-海藻酸钠-粉煤灰微球均表现出良好的选择吸附性能,体现了可应用于实际低浓度含磷废水处理的潜力。
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