磷矿粉的活化及其对重金属的去除研究

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我国土壤缺磷的现象很严重,不利于我国的农业生产。低分子量有机酸广泛存在于土壤中,且可作为活化剂提高土壤有效磷含量。另外,土壤中存在着大量的溶磷微生物,也可通过分泌有机酸来提高土壤可溶性磷的含量。随着我国工农业的迅速发展,环境中重金属的污染已是一个流域性的趋势,重金属的污染问题越来越受到人们的关注。我国是磷矿资源大国,但大多属于中低品位磷矿,如果使用这种磷矿处理重金属污染问题,则具有来源广泛、价格低廉的特点。本文以中低品位磷矿的活化及其去除水体中的重金属离子为主线,研究了不同反应条件下草酸和酒石酸对供试磷矿粉的活化效果,探索该矿粉及其活化产物对水体中铅离子和镉离子的固定效果,以及结合土壤中的微生物与磷矿粉协同作用吸附水体中的铅、镉离子,为中低品位磷矿的科学利用及治理重金属污染问题提供理论依据和技术支持。具体研究结果如下:  1、低分子量有机酸活化磷矿粉及其动力学研究  分别使用甲酸、乙酸、乳酸、水杨酸、丙酮酸、柠檬酸、草酸和酒石酸活化磷矿粉,结果表明,这几种有机酸在一定浓度下对磷矿粉具有不同程度的活化效果。在酸浓度为40mmol/L条件下,草酸对磷矿粉的活化效果最佳,其次为酒石酸。分别从酸浓度、活化时间、有机酸与磷矿粉的液固比、反应温度、溶液初始pH几个方面考察了草酸和酒石酸对磷矿粉的活化效果,其结果表明,草酸溶解该磷矿粉的最佳工艺条件是:草酸浓度为20mmol/L,活化时间为4d,反应温度为20℃,溶液初始pH为2,液固比(mL∶g)为100∶1;酒石酸活化该矿粉的最佳工艺条件是:酸浓度为60mmol/L,活化时间为24h,反应温度为10℃,溶液初始pH为2,液固比为50:1。采用不同动力学方程描述释磷过程的结果表明草酸活化磷矿粉的整体过程吻合一级动力学方程,酒石酸对磷矿粉的释磷初期过程符合一级动力学模型。  2、磷矿粉及其活化产物对Pb2+和Cd2+的去除研究  研究了磷矿粉及草酸和酒石酸活化后的磷矿粉对水体中Pb2+和Cd2+的去除影响,分别从重金属离子的初始浓度、反应时间、溶液初始pH和吸附剂投加量等方面考察了供试磷矿粉和活化产物对Pb2+和Cd2+的去除影响,且进行了相关动力学分析。结果表明,草酸活化的磷矿粉对Pb2+的固定没有促进作用,但增强了对Cd2+的吸附作用,而酒石酸活化的磷矿粉对Pb2+和Cd2+的去除都表现抑制作用。此外,磷矿粉对Pb2+和Cd2+的吸附等温线均符合Langmuir式,而其活化后产物对Cd2+的等温吸附线则更符合Freundlich式。磷矿粉及活化产物对Pb2+和Cd2+的吸附过程以化学吸附为主,且对Pb2+和Cd2+的吸附过程均与准二级动力学模型吻合。  3、微生物和磷矿粉协同去除重金属Pb2+和Cd2+  分离筛选出四种分别对Pb2+和Cd2+具有抗性的菌株,其中曲霉和毛霉对Pb2+具有耐受性,青霉和无色杆菌对Cd2+表现出抗性。分别研究了单一菌种和混合菌对水体中Pb2+和Cd2+的去除影响,以及加入磷矿粉使其与微生物协同吸附水体中的Pb2+和Cd2+。结果表明,曲霉较毛霉对Pb2+的吸附作用强,青霉比无色杆菌对Cd2+的吸附能力大;而混合菌去除水体中的Pb2+和Cd2+相比于单一菌种的去除效果明显。当加入磷矿粉与微生物协同去除Pb2+和Cd2+时,磷矿粉对于单一菌种吸附Pb2+和Cd2+有较明显的促进作用,而混合菌中加入磷矿粉可加速吸附的过程。
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