污水脫氮除磷研究進展

1、吸附法在廢水除磷中的研究進展 楊永珠（專業(yè)：環(huán)境科學(xué);學(xué)號：2010207054） 摘要：介紹了利用吸附原理在廢水除磷屮的研究進展，介紹了吸附材料的研究, 包括天然礦物材料、工業(yè)廢渣及其改性物、活性氧化鋁及其改性物及其他多孔物 質(zhì)及人工合成的吸附劑等，并指出在實際應(yīng)用屮存在的問題。關(guān)鍵詞：富營養(yǎng)化；吸附劑；粘土礦物；磷；改性大量含氮和磷的生產(chǎn)、生活污水排入地表水體，最直接的后果就是引起水體 富營養(yǎng)化，其中磷對藻類的影響遠大于氮?？偟笥?.2 mg/l、總磷大于0.02 mg/l時，水體就開始富營養(yǎng)化過程。同時，磷是生命活動中必不可少的元索， 地球上的天然磷資源有限。近年來，發(fā)達國家對磷資源的

2、冋收利用尤為重視，從 污水中冋收利用磷資源已成為熱門課題習(xí)。目前，除磷的方法主要分為吸附法、 生物法、化學(xué)沉淀法和生態(tài)法。生物法是利用噬磷菌在好氧及灰氧條件下攝取和 釋放磷的原理，通過好氧厭氧交替運行來實現(xiàn)除磷，但在實際運行中其效杲并 不理想?；瘜W(xué)法除磷主要是利用藥劑鐵鹽、鋁鹽和石灰等能與磷酸根生成難溶磷 酸鹽沉淀物的方法去除廢水屮的磷，該法對于含磷較高的廢水具有良好的效果， 在廢水中的磷濃度較低時，化學(xué)藥劑消耗量大，很不經(jīng)濟；化學(xué)法的另一缺點是 產(chǎn)生的沉淀污泥含水量大，脫水困難，而冃廢水屮殘留金屈離子。生態(tài)法是利用 土地和濕地來去除廢水中的磷，實際上是利用植物吸收降解磷，該法主要用于廢 水的

3、深度處理，廿前實例不多，而且處理效果和工藝設(shè)計都有待進一步探討。吸 附法除磷是最近研究較多的一種比較實用的廢水處理技術(shù)，既可以處理低濃度的 含磷廢水，也可以處理高濃度的含磷廢水，而且可以實現(xiàn)磷資源的冋收利用。工 藝上具冇占地而積小、工藝簡單、操作方便的優(yōu)點，在廢水處理領(lǐng)域是目前備受 關(guān)注的含磷廢水處理技術(shù)。吸附法處理廢水是利用吸附劑優(yōu)越的表面性能（比表面積人、孔隙率高）、 表面有極性基團及活性點豐富，對廢水屮的磷有強的吸附能力，其作用有沉積、 絡(luò)合、離子交換、吸附等。進一步通過解吸處理可以冋收磷資源，變廢為寶。吸 附法除磷的關(guān)鍵在丁吸附劑，高效的吸附劑應(yīng)具備：1）吸附容量高；2）選擇性好; 3

4、）吸附速度快；4）抗離了干擾；5）無有害物質(zhì)溶出；6）再生容易，性能穩(wěn)定；7） 原料經(jīng)濟易得。其中材料的吸附容量尤為重要。本文重點綜述除磷吸附劑種類及 其除磷效果，以期為研究開發(fā)新型除磷劑工藝技術(shù)提供參考。1粘土礦物粘土礦物資源在自然界儲量豐富，其結(jié)構(gòu)特征是一種含水的層狀結(jié)構(gòu)，由2 個硅氧四而體屮間夾1個鋁（鎂）氧（氫氧）八而體組成，屈于2： 1或1 ： 1型的單元 晶層結(jié)構(gòu)。由于他特殊的層狀結(jié)構(gòu)和可有效改造的結(jié)構(gòu)特征，使其具有良好的離 子交換和吸附性能，在水處理方面具有很好的發(fā)展前景。1.1沸石及其改性物沸石的空間結(jié)構(gòu)基本單元是曲4個氧原子和1個硅或鋁原子堆砌成硅（鋁）氧四面 體。比表面積大

5、，達440m2/g-1030m2/g,晶格內(nèi)部具有均勻的孔穴和通道。沸 石獨特的骨架使其具有吸附性能和離子交換性能。天然沸石對磷酸鹽有一定去 除率。1.2水滑石及其改性物水滑右由丁比表而積大、陰離子吸附能力強、成本較低近年來也被用作吸附 除磷劑。水滑石類化合物對陰離了的吸附機理主要有3種：“記憶效應(yīng)”作用、離 子交換作用和外表面吸附?！坝洃浶?yīng)"作用是焙燒后的水滑石對陰離子吸附的主 要機理；離子交換作用則被認為是未焙燒的水滑石吸附陰離子的主要機理。黃屮 子呵等研究水滑石對磷酸根跟去除效果及機理，結(jié)果表明，磷初始質(zhì)量濃度在 25100 mg/l時,水滑石對磷的吸附在30 min內(nèi)可達到

6、吸附平衡，除磷率高達99% 以上，溫度及ph對水滑石的吸附效杲影響很小。楊思亮等用水熱法制備了 zn-al類水滑石并對znal類水滑石對其焙燒產(chǎn)物污水除磷進行了研究，結(jié)果表 明水滑石對磷酸鹽的吸附符合假二級動力學(xué)方程和langmuir吸附等溫式.當尿素 濃度為06mol/l, 150°c水熱24h, 300°c焙燒6 h制得的水滑石產(chǎn)物對水中磷酸 鹽的吸附效果最好，其飽和吸附量高達197.24 mg/go1.3凹凸棒石及其改性物凹凸棒土是一種具鏈層狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物，又稱坡縷石或坡 縷纟髙石，其結(jié)構(gòu)屬2： 1型粘土礦物，理想結(jié)構(gòu)式是mg5si8o2o（oh）2（

7、oh2） 44h2o。不同礦物組成的凹凸棒石對富營養(yǎng)化水體的吸附凈化能力不同，其 屮含蒙脫石的f1凸棒右對磷的吸附能力較強。干方群等罔用采自江蘇盯盼的坡縷 石粘土處理低濃度的含磷廢水（小于1. 0 mg/l），凈化后水中殘留磷濃度小于0. 3 mg/l,吸附等溫線為s型,研究中還發(fā)現(xiàn)，坡縷石粘十.的磷吸附量同其化學(xué)組成中全 鈣含量關(guān)系密切，因為其屮含有的鈣與磷形成鈣磷化合物。熱活化刃、酸化改性或 酸熱處理0的凹凸棒石黏土具有更高的磷吸附容量和更快的吸附速率，但對磷的 吸附量隨ph升高而下降。董慶潔等用含有氧化硅、al、fe的凹凸棒黏土與 mgcl2反應(yīng)制備了復(fù)合吸附劑，對磷具有很強的吸附性能，

8、p04r初始濃度為 100 mg/g時，常溫條件下，ph = 5.4時可獲得最大吸附容量，在吸附劑表面與 被吸附的po43_ z間除了冇物理吸附外，述冇很強的化學(xué)吸附，故在濃度較低 的堿性溶液中即可回收po43"o這種吸附劑因為成木低廉，操作簡便，應(yīng)用前景 非常廣闊。1.4活性氧化鋁活性氧化鋁是一種多孔、高分散度的固體材料，冇很大的比表面積，其微孔表 面具備催化作用所要求的特性,如吸附性能、表面活性、熱穩(wěn)定性等，因此可作為 吸附除磷的材料?；钚匝趸X是兩性物質(zhì)，有酸性、堿性中心，還有氧化和還原中 心，因此對磷的去除冇吸附和離子交換兩種方式。寧平等用y-al2o3對磷的吸附 與活性炭進

9、行了比較研究，結(jié)果表明y-al2o3的吸附容量是活性炭的39倍，最 人飽和吸附量為10mg/g,適于處理酸性環(huán)境下的磷酸鹽，吸附符合freundlich方 程。王挺等“用直徑為23mm小粒徑的活性氧化鋁對磷進行吸附，考察了初始 溶液濃度、吸附時間和ph對吸附作用的影響。結(jié)果表明，活性氧化鋁在酸性條 件下對磷的吸附效果好于堿性條件。吸附行為符合langmuir吸附等溫線和偽二級 速率方程。王俊嶺等進行了活性氧化鋁的動態(tài)吸附試驗,在進水磷濃度0. 05 mg/l時,出水磷濃度為0.008 9 mg/l,去除率82. 19%。donner1'5jffl活性氧化鋁處理 血塘用水，使磷濃度由0.

10、 50 mg/l降至0. 05 mg/l,取得了不錯的效果。1.5稀土氧化物稀土氧化物由于對正磷酸鹽有選擇吸附性而受到了國內(nèi)外眾多研究者的感 關(guān)注。目前用于除吸附劑的稀土氧化物主要有氧化鋼氧化釧j。很多研究將其負載 丁其他載體用丁吸附除磷。寧平等將氧化鋼負載在沸石上，磷吸附容量較原 料沸石提高數(shù)10倍，10次再生后磷吸附量仍保持在12mg/g以上，再生性和穩(wěn)定性 都很好。李彬等用氧化鐮改性沸石，結(jié)果表明用稀土鐮改性的沸石與天然沸 石相比，對正磷酸鹽的去除率提高數(shù)10倍，去除率最高可達99%,吸附飽和的吸 附劑能夠高效再生，經(jīng)7次再生后的去除率僅降低7%。王宏斌等旳研究了經(jīng)氧化 瀾改性后的腐植酸

11、對磷的吸附性能，結(jié)果表明，未經(jīng)改性的腐植酸對磷的脫除效 杲較弟，經(jīng)氧化鋼改性后腐植酸的脫磷效杲大大提高，磷去除率的14%提 高到80%。普紅平等切通過浸漬微波輻射法制備了鋼改性的稀土吸附劑，實驗表 明當溶液的ph值為36吋對磷去除率為99.97%,吸附量大于41 mg/go 丁文明等 刈制備了多種水合金屬氧化物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水合氧化竊就有優(yōu)越的吸附性能，吸附 容量為活性氧化鋁的13.4倍。2非粘土礦物及其改性物從文獻報道來看,用于污水除磷的非粘土礦物主要是一些工業(yè)廢渣，如鋼渣、 粉煤灰、赤泥等。閻存仙等以粉煤灰作為吸附劑研究了粉煤灰脫磷的一般規(guī)律, 結(jié)杲表明，在含磷質(zhì)量濃度為50120 mg/l的

12、模擬污水中，當ph為中性、粉 煤灰粒徑為140160 0,粉煤灰用量50 ml為22. 5g的實驗條件下，模擬污 水屮的磷去除率可達99%以上。許可等【22用改性粉煤灰處理含磷廢水，對于含磷 50 mg/l的溶液，在粉煤灰投加量為1. 5%時，磷的吸附效率可達99. 66%,凈化后水 屮含磷為0. 17mg/l?達到國家一級標準。李蕓等用稀酸將粉煤灰改性后用丁對 生活污水脫磷的研究，發(fā)現(xiàn)磷的去除率可達90%o鄧雁希等洌研究了煉鋼鋼渣 和鋼渣+天然砂對磷的去除效果，兩種吸附劑對磷均冇很好的去除效果，脫磷率在 99%以上。鋼渣去除磷的作用為：一是鋼渣顆粒對水溶液屮磷的吸附；二是在較 高的值條件下鋼

13、渣中溶解的金屬離子的除磷作用。3吸附劑的改性方法由于天然粘土礦物和非粘土礦物在廢水除磷方面存在許多缺點和不足，改性 目的是改變吸附劑的孔徑結(jié)構(gòu)、增加比表而積和表而正電荷，對英進行改性開發(fā) 高效除磷劑成為目前研究熱點。吸附劑改性的方法主要有物理改性、化學(xué)改性和 物理化學(xué)改性。3.1物理改性物理改性是通過高溫?zé)崽幚砀淖儍?nèi)部孔道結(jié)構(gòu)、增加比表面積，從而提高對磷的 吸附率。陳天虎等羽研究了經(jīng)過不同改性方法改性的凹凸棒石對印染廢水處理 研究，結(jié)果表明，經(jīng)焙燒處理后的凹凸棒石比未經(jīng)改性的凹凸棒石吸附能力明顯 提高，對印染廢水中各種污染物的去除率提高了6%21%。馬小隆等兇在450 °c 對膨潤土

14、焙燒改性，結(jié)果為改性后其表面積由56.73 m2 /g增加到120.24 m2 /g«有 3.2化學(xué)改性化學(xué)改性通過酸堿浸漬、添加稀土元素等改變粘土礦物活性基團和表而結(jié) 構(gòu)，增強與磷的結(jié)合力。呂曉麗等對用硫酸改性的膨潤土的吸附磷性能作了 研究,方法為宜接將稀硫酸加到膨潤土屮混勻,然后離心干燥，改性后磷去除率可 提高20%o王紅艷等絢對凹凸棒石進行酸改性，改性后的凹凸棒石對重金屬離子 的吸附能力增強，去除率接近100%。王峰等呦將膨潤土用鹽酸浸漬改性，結(jié)果 表明在廢水濃度20mg/l、膨潤土投加量2%(重量比)時，對磷的吸附效果隨著酸 用量的增加而增加，9%鹽酸改性后磷去除率由18.1

15、4%捉高到45.59%o干方群 等冋用fecl3和fecl2改性坡縷石，負載鐵后坡縷石對不同濃度磷的吸附進化能 力顯著増強，但fe2+的負載坡縷石的磷吸附性能略優(yōu)于fe3+改性坡縷石?？娂?等卩°用fecls對活性氧化鋁進行了改性，結(jié)果表明，改性后活性氧化鋁的比表面 積為430.582 mcelen l buchanan j r，burns r t, et al. usmg a chemical equilibrium model to predict amendments required to precipitate phosphorus as struvite in liqui

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17、學(xué)改性物理化學(xué)改性，將高溫?zé)崽幚砗吞砑痈男詣┙Y(jié)合起來，從増加増強活性基團和 提高空隙率兩個層面改善粘土礦物質(zhì)的物理及化學(xué)性質(zhì)。李彬等用氧化輛改 性沸石進行了除磷研究，先將輛離子和沸石按照1 : 50的比例混合，充分反應(yīng)后，再 在450500 °c焙燒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)未改性前，沸石的最大吸附容量不到2 mg/g,ltlj經(jīng)過 氧化瀾改性后的沸石最大吸附量達到25 mg/go4研究展望磷是水體富營養(yǎng)化的限制性因了，吸附法作為一種高效低耗的分離過程，在 水處理中具有顯著的優(yōu)越性。尋找廉價高效吸附劑具冇重犬意義，粘土礦物質(zhì)出 于自身特殊結(jié)構(gòu)具備一定的吸附性能，在水處理屮定會發(fā)揮重要作用，但對其改

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