硅酸钙吸附剂处理富营养化湖水的实验研究

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由于工业和农业的不断发展,大量的工业废水和生活污水排入湖泊,造成水体中的氮磷含量超标,由此引起的湖泊富营养化问题越来越严重,已影响到了人类的生存和发展。吸附法作为传统的水处理方法,具有操作简单处理水质稳定等特点。采用吸附法处理富营养化湖水以取得一定进展,目前人们已经发现了许多处理效果好的吸附剂,但由于受材料、价格等方面的影响很少应用于实际生产中。所以开发廉价、处理效果好的吸附剂成为当今学者研究的热点。  硅酸钙是来自粉煤灰提取高铝粉后的一种工业废物,主要成分是一些碱性氧化物,具有一定的絮凝沉淀作用;其具有比表面积较大、内部微孔发达、价格低廉等优点。在国内外关于硅酸钙作为吸附剂的报道有一些,但关于其对富营养化湖水的治理却未见报道,因此研究硅酸钙的吸附性能,在水处理方面具有重大的意义和广阔的应用前景。  本课题采用硅酸钙作为吸附剂处理富营养化湖水,探讨了在不同的硅酸钙投加量、不同的振荡时间及不同的pH值下硅酸钙吸附剂对氨氮、总氮、总磷、COD和叶绿素a等五项富营养化指标的去除效果,并通过正交实验确定了最佳处理方案;从吸附热力学和动力学两个方面系统地研究了硅酸钙对氨氮及总磷的吸附过程。实验结果表明,硅酸钙吸附剂处理富营养化湖水的最佳实验条件为:投加量0.8g/100mL水样、pH值为8、吸附时间为80min,在此条件下氨氮、总氮、总磷的去除率均达到了70%以上,COD和叶绿素a的去除率也在40%左右。硅酸钙对氨氮、总氮及总磷的吸附等温线均符合Langmuir和Freundlich吸附等温式,吸附等温线判定系数是:氨氮分别为0.9639和0.9793,最大吸附量为6.60mg/g;总氮分别为0.9695和0.9700,最大吸附量为5.6mg/g;总磷分别为0.9793和0.9677,最大吸附量为5.3mg/g。硅酸钙吸附剂对氨氮、总氮及总磷的吸附动力学研究,采用了颗粒内扩散模型和假二级反应模型进行描述,结果表明与颗粒内扩散模型相比,假二级反应模型能更好地描述硅酸钙吸附剂对氨氮、总氮及总磷的吸附全过程,三者的平衡吸附量分别为0.401mg/g、0.140mg/g和0.131mg/g;而硅酸钙对氨氮和总磷的吸附行为仅在0~60min内符合颗粒内扩散反应模型,而对总氮的吸附行为在0~80min内较为符合颗粒内扩散反应模型。
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