【摘 要】
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富含氮磷废水的直接排放会导致水体出现富营养化现象,且废水中的氮磷又是生活生产不可或缺的营养元素,因此,从废水中回收氮磷具有良好的环境效益和社会效益。本文以污水污泥为原料,制备两种改性污泥生物炭以强化水中氮磷的吸附。通过单因素实验来寻找最佳的回收条件,采用吸附等温线模型、动力学模型等分析了改性生物炭的吸附特征,并结合X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X
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富含氮磷废水的直接排放会导致水体出现富营养化现象,且废水中的氮磷又是生活生产不可或缺的营养元素,因此,从废水中回收氮磷具有良好的环境效益和社会效益。本文以污水污泥为原料,制备两种改性污泥生物炭以强化水中氮磷的吸附。通过单因素实验来寻找最佳的回收条件,采用吸附等温线模型、动力学模型等分析了改性生物炭的吸附特征,并结合X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）等多种表征手段探讨了吸附机理。研究结果主要有:（1）利用一步水热法制备了立方尖晶石型Mn/Al氧体-污泥生物炭（MA-SBC）,用于水中磷酸盐的吸附研究。结果表明,较未改性的生物炭,MA-SBC拥有更大的比表面积和总孔体积。在溶液初始p H为3时,MA-SBC对磷酸盐的吸附量最大,为28.2 mg·g-1,吸附平衡时间在36 h左右,吸附量随着初始溶液浓度的增大而增大。吸附过程符合准二级动力学方程且吸附规律符合Langmuir吸附等温方程。实验数据和数学模型拟合表明MA-SBC对水中磷酸盐的吸附主要受静电相互作用、内球形络合和磷酸铝沉淀反应控制,且在循环利用五次后,仍具有良好的去除效果。（2）通过煅烧法成功地制备了磁性污泥基生物炭（MF-SBC）,用于水中氨氮和磷酸盐的同步回收。通过各项表征发现MF-SBC表面含有大量的氧化镁颗粒,比表面积为58.99 m~2·g-1,饱和磁化强度为35.63 emu·g-1。在MF-SBC投加量为0.3 g·L-1,溶液初始p H为9时,MF-SBC同步吸附氮磷的吸附量最大,最大吸附量分别为103.12mg·g-1和205.07 mg·g-1。同步吸附平衡时间在300 min左右,且吸附过程符合准二级动力学方程,主要作用机制为鸟粪石结晶法。（3）将MF-SBC应用于尿液废水中,从尿液废水中同步回收氨氮和磷酸盐,仍具有较大的回收量,可达到68.84 mg·g-1和126.42mg·g-1。随着尿液稀释倍数的增加,MF-SBC对氨氮和磷酸盐的回收量逐渐降低,当3＜p H≤9时,氨氮和磷酸盐的回收量随着p H的增加而增加,当初始p H＞9时,MF-SBC对尿液中氨氮和磷酸盐的回收量开始减少。反应平衡时间在480 min左右,反应过程符合准二级动力学模型且回收量随着温度的升高而降低。富集营养盐的MF-SBC中总N+P2O5+K2O质量分数总和为40.1%,具有较好的肥性。（4）本文以污泥为原料通过两种不同的制备方法成功制备了两种改性污泥生物炭,分别应用于溶液中磷的去除和氮磷的同步回收,都具有良好的吸附性能,其中MF-SBC能够高效的从尿液中回收氮磷营养物质,不仅为污泥的资源化利用提供了一种新途径,且回收产物可以用作土壤缓释肥,具有一定的环境和经济价值。
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