污水脱氮除磷研究进展

1、吸附法在废水除磷中的研究进展 杨永珠（专业：环境科学;学号：2010207054） 摘要：介绍了利用吸附原理在废水除磷屮的研究进展，介绍了吸附材料的研究, 包括天然矿物材料、工业废渣及其改性物、活性氧化铝及其改性物及其他多孔物 质及人工合成的吸附剂等，并指出在实际应用屮存在的问题。关键词：富营养化；吸附剂；粘土矿物；磷；改性大量含氮和磷的生产、生活污水排入地表水体，最直接的后果就是引起水体 富营养化，其中磷对藻类的影响远大于氮。总氮大于0.2 mg/l、总磷大于0.02 mg/l时，水体就开始富营养化过程。同时，磷是生命活动中必不可少的元索， 地球上的天然磷资源有限。近年来，发达国家对磷资源的

2、冋收利用尤为重视，从 污水中冋收利用磷资源已成为热门课题习。目前，除磷的方法主要分为吸附法、 生物法、化学沉淀法和生态法。生物法是利用噬磷菌在好氧及灰氧条件下摄取和 释放磷的原理，通过好氧厌氧交替运行来实现除磷，但在实际运行中其效杲并 不理想。化学法除磷主要是利用药剂铁盐、铝盐和石灰等能与磷酸根生成难溶磷 酸盐沉淀物的方法去除废水屮的磷，该法对于含磷较高的废水具有良好的效果， 在废水中的磷浓度较低时，化学药剂消耗量大，很不经济；化学法的另一缺点是 产生的沉淀污泥含水量大，脱水困难，而冃废水屮残留金屈离子。生态法是利用 土地和湿地来去除废水中的磷，实际上是利用植物吸收降解磷，该法主要用于废 水的

3、深度处理，廿前实例不多，而且处理效果和工艺设计都有待进一步探讨。吸 附法除磷是最近研究较多的一种比较实用的废水处理技术，既可以处理低浓度的 含磷废水，也可以处理高浓度的含磷废水，而且可以实现磷资源的冋收利用。工 艺上具冇占地而积小、工艺简单、操作方便的优点，在废水处理领域是目前备受 关注的含磷废水处理技术。吸附法处理废水是利用吸附剂优越的表面性能（比表面积人、孔隙率高）、 表面有极性基团及活性点丰富，对废水屮的磷有强的吸附能力，其作用有沉积、 络合、离子交换、吸附等。进一步通过解吸处理可以冋收磷资源，变废为宝。吸 附法除磷的关键在丁吸附剂，高效的吸附剂应具备：1）吸附容量高；2）选择性好; 3

4、）吸附速度快；4）抗离了干扰；5）无有害物质溶出；6）再生容易，性能稳定；7） 原料经济易得。其中材料的吸附容量尤为重要。本文重点综述除磷吸附剂种类及 其除磷效果，以期为研究开发新型除磷剂工艺技术提供参考。1粘土矿物粘土矿物资源在自然界储量丰富，其结构特征是一种含水的层状结构，由2 个硅氧四而体屮间夹1个铝（镁）氧（氢氧）八而体组成，屈于2： 1或1 ： 1型的单元 晶层结构。由于他特殊的层状结构和可有效改造的结构特征，使其具有良好的离 子交换和吸附性能，在水处理方面具有很好的发展前景。1.1沸石及其改性物沸石的空间结构基本单元是曲4个氧原子和1个硅或铝原子堆砌成硅（铝）氧四面 体。比表面积大

5、，达440m2/g-1030m2/g,晶格内部具有均匀的孔穴和通道。沸 石独特的骨架使其具有吸附性能和离子交换性能。天然沸石对磷酸盐有一定去 除率。1.2水滑石及其改性物水滑右由丁比表而积大、阴离子吸附能力强、成本较低近年来也被用作吸附 除磷剂。水滑石类化合物对阴离了的吸附机理主要有3种：“记忆效应”作用、离 子交换作用和外表面吸附。“记忆效应"作用是焙烧后的水滑石对阴离子吸附的主 要机理；离子交换作用则被认为是未焙烧的水滑石吸附阴离子的主要机理。黄屮 子呵等研究水滑石对磷酸根跟去除效果及机理，结果表明，磷初始质量浓度在 25100 mg/l时,水滑石对磷的吸附在30 min内可达到

6、吸附平衡，除磷率高达99% 以上，温度及ph对水滑石的吸附效杲影响很小。杨思亮等用水热法制备了 zn-al类水滑石并对znal类水滑石对其焙烧产物污水除磷进行了研究，结果表 明水滑石对磷酸盐的吸附符合假二级动力学方程和langmuir吸附等温式.当尿素 浓度为06mol/l, 150°c水热24h, 300°c焙烧6 h制得的水滑石产物对水中磷酸 盐的吸附效果最好，其饱和吸附量高达197.24 mg/go1.3凹凸棒石及其改性物凹凸棒土是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，又称坡缕石或坡 缕纟髙石，其结构属2： 1型粘土矿物，理想结构式是mg5si8o2o（oh）2（

7、oh2） 44h2o。不同矿物组成的凹凸棒石对富营养化水体的吸附净化能力不同，其 屮含蒙脱石的f1凸棒右对磷的吸附能力较强。干方群等罔用采自江苏盯盼的坡缕 石粘土处理低浓度的含磷废水（小于1. 0 mg/l），净化后水中残留磷浓度小于0. 3 mg/l,吸附等温线为s型,研究中还发现，坡缕石粘十.的磷吸附量同其化学组成中全 钙含量关系密切，因为其屮含有的钙与磷形成钙磷化合物。热活化刃、酸化改性或 酸热处理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，但对磷的 吸附量随ph升高而下降。董庆洁等用含有氧化硅、al、fe的凹凸棒黏土与 mgcl2反应制备了复合吸附剂，对磷具有很强的吸附性能，

8、p04r初始浓度为 100 mg/g时，常温条件下，ph = 5.4时可获得最大吸附容量，在吸附剂表面与 被吸附的po43_ z间除了冇物理吸附外，述冇很强的化学吸附，故在浓度较低 的碱性溶液中即可回收po43"o这种吸附剂因为成木低廉，操作简便，应用前景 非常广阔。1.4活性氧化铝活性氧化铝是一种多孔、高分散度的固体材料，冇很大的比表面积，其微孔表 面具备催化作用所要求的特性,如吸附性能、表面活性、热稳定性等，因此可作为 吸附除磷的材料。活性氧化铝是两性物质，有酸性、碱性中心，还有氧化和还原中 心，因此对磷的去除冇吸附和离子交换两种方式。宁平等用y-al2o3对磷的吸附 与活性炭进

9、行了比较研究，结果表明y-al2o3的吸附容量是活性炭的39倍，最 人饱和吸附量为10mg/g,适于处理酸性环境下的磷酸盐，吸附符合freundlich方 程。王挺等“用直径为23mm小粒径的活性氧化铝对磷进行吸附，考察了初始 溶液浓度、吸附时间和ph对吸附作用的影响。结果表明，活性氧化铝在酸性条 件下对磷的吸附效果好于碱性条件。吸附行为符合langmuir吸附等温线和伪二级 速率方程。王俊岭等进行了活性氧化铝的动态吸附试验,在进水磷浓度0. 05 mg/l时,出水磷浓度为0.008 9 mg/l,去除率82. 19%。donner1'5jffl活性氧化铝处理 血塘用水，使磷浓度由0.

10、 50 mg/l降至0. 05 mg/l,取得了不错的效果。1.5稀土氧化物稀土氧化物由于对正磷酸盐有选择吸附性而受到了国内外众多研究者的感 关注。目前用于除吸附剂的稀土氧化物主要有氧化鋼氧化钏j。很多研究将其负载 丁其他载体用丁吸附除磷。宁平等将氧化鋼负载在沸石上，磷吸附容量较原 料沸石提高数10倍，10次再生后磷吸附量仍保持在12mg/g以上，再生性和稳定性 都很好。李彬等用氧化镰改性沸石，结果表明用稀土镰改性的沸石与天然沸 石相比，对正磷酸盐的去除率提高数10倍，去除率最高可达99%,吸附饱和的吸 附剂能够高效再生，经7次再生后的去除率仅降低7%。王宏斌等旳研究了经氧化 澜改性后的腐植酸

11、对磷的吸附性能，结果表明，未经改性的腐植酸对磷的脱除效 杲较弟，经氧化钢改性后腐植酸的脱磷效杲大大提高，磷去除率的14%提 高到80%。普红平等切通过浸渍微波辐射法制备了钢改性的稀土吸附剂，实验表 明当溶液的ph值为36吋对磷去除率为99.97%,吸附量大于41 mg/go 丁文明等 刈制备了多种水合金属氧化物，结果发现水合氧化竊就有优越的吸附性能，吸附 容量为活性氧化铝的13.4倍。2非粘土矿物及其改性物从文献报道来看,用于污水除磷的非粘土矿物主要是一些工业废渣，如钢渣、 粉煤灰、赤泥等。阎存仙等以粉煤灰作为吸附剂研究了粉煤灰脱磷的一般规律, 结杲表明，在含磷质量浓度为50120 mg/l的

12、模拟污水中，当ph为中性、粉 煤灰粒径为140160 0,粉煤灰用量50 ml为22. 5g的实验条件下，模拟污 水屮的磷去除率可达99%以上。许可等【22用改性粉煤灰处理含磷废水，对于含磷 50 mg/l的溶液，在粉煤灰投加量为1. 5%时，磷的吸附效率可达99. 66%,净化后水 屮含磷为0. 17mg/l?达到国家一级标准。李芸等用稀酸将粉煤灰改性后用丁对 生活污水脱磷的研究，发现磷的去除率可达90%o邓雁希等洌研究了炼钢钢渣 和钢渣+天然砂对磷的去除效果，两种吸附剂对磷均冇很好的去除效果，脱磷率在 99%以上。钢渣去除磷的作用为：一是钢渣颗粒对水溶液屮磷的吸附；二是在较 高的值条件下钢

13、渣中溶解的金属离子的除磷作用。3吸附剂的改性方法由于天然粘土矿物和非粘土矿物在废水除磷方面存在许多缺点和不足，改性 目的是改变吸附剂的孔径结构、增加比表而积和表而正电荷，对英进行改性开发 高效除磷剂成为目前研究热点。吸附剂改性的方法主要有物理改性、化学改性和 物理化学改性。3.1物理改性物理改性是通过高温热处理改变内部孔道结构、增加比表面积，从而提高对磷的 吸附率。陈天虎等羽研究了经过不同改性方法改性的凹凸棒石对印染废水处理 研究，结果表明，经焙烧处理后的凹凸棒石比未经改性的凹凸棒石吸附能力明显 提高，对印染废水中各种污染物的去除率提高了6%21%。马小隆等凶在450 °c 对膨润土

14、焙烧改性，结果为改性后其表面积由56.73 m2 /g增加到120.24 m2 /g«有 3.2化学改性化学改性通过酸碱浸渍、添加稀土元素等改变粘土矿物活性基团和表而结 构，增强与磷的结合力。吕晓丽等对用硫酸改性的膨润土的吸附磷性能作了 研究,方法为宜接将稀硫酸加到膨润土屮混匀,然后离心干燥，改性后磷去除率可 提高20%o王红艳等绚对凹凸棒石进行酸改性，改性后的凹凸棒石对重金属离子 的吸附能力增强，去除率接近100%。王峰等呦将膨润土用盐酸浸渍改性，结果 表明在废水浓度20mg/l、膨润土投加量2%(重量比)时，对磷的吸附效果随着酸 用量的增加而增加，9%盐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改性坡缕石，负载铁后坡缕石对不同浓度磷的吸附进化能 力显著増强，但fe2+的负载坡缕石的磷吸附性能略优于fe3+改性坡缕石。缪佳 等卩°用fecls对活性氧化铝进行了改性，结果表明，改性后活性氧化铝的比表面 积为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、学改性物理化学改性，将高温热处理和添加改性剂结合起來，从増加増强活性基团和 提高空隙率两个层面改善粘土矿物质的物理及化学性质。李彬等用氧化輛改 性沸石进行了除磷研究，先将辆离子和沸石按照1 : 50的比例混合，充分反应后，再 在450500 °c焙烧，结果发现未改性前，沸石的最大吸附容量不到2 mg/g,ltlj经过 氧化澜改性后的沸石最大吸附量达到25 mg/go4研究展望磷是水体富营养化的限制性因了，吸附法作为一种高效低耗的分离过程，在 水处理中具有显著的优越性。寻找廉价高效吸附剂具冇重犬意义，粘土矿物质出 于自身特殊结构具备一定的吸附性能，在水处理屮定会发挥重要作用，但对其改

18、性将是以后研究的热点。参考文献35(20)： 6207-6208.黄中了，张文启，刘勇弟等.水滑石对水中磷的吸附特征及影响因素研究j. 水处理技术，2011,36 (8)： 49-52.6 杨思亮，周家斌，成娅等.zna冰滑石及其焙烧产物对水屮磷的吸附研究j. 工业水处理,2011,31 (10) :53-56.7 干方群，周健民，王火焰等.凹凸棒右环境矿物材料的制备及应用j.土壤， 2009,41 (4)： 525-533. gan fang-qunl,2, zhou jian-minl, wang huo-yanl preparation and application of palygo

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