唐朝春　陳惠民　張琪　葉鑫　劉名

摘要：為了篩選出對(duì)磷吸附速率快、吸附量大且投加量小的吸附劑，以期應(yīng)用于工程實(shí)踐中，利用8種常見(jiàn)吸附劑對(duì)含磷量較低的二級(jí)生物處理后的出水進(jìn)行吸附除磷。結(jié)果表明，氯化鋁、熱力貼與陰離子樹(shù)脂對(duì)磷的吸附效果較好，其余5種吸附劑基本無(wú)吸附效果。其中，氧化鋁和熱力貼在30min后達(dá)到吸附平衡，吸附速率較快，而陰離子樹(shù)脂在60min時(shí)還未達(dá)到吸附平衡，吸附速率較慢；氧化鋁和陰離子樹(shù)脂吸附量大，而熱力貼吸附量較?。谎趸X、陰離子樹(shù)脂和熱力貼在投加量分別為0.2、1.0、2.0g/L時(shí)，經(jīng)30min吸附，可使磷濃度從初始的0.900mg/L降到0.5mg/L以下。綜合來(lái)看，對(duì)低濃度含磷廢水的除磷效果為氧化鋁>陰離子樹(shù)脂>熱力貼。

關(guān)鍵詞：吸附劑；除磷效果；廢水；磷酸鹽

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）09-2227-03

水體富營(yíng)養(yǎng)化已經(jīng)成為中國(guó)首要的環(huán)境問(wèn)題。2013年，在中國(guó)61個(gè)湖泊（水庫(kù)）中開(kāi)展了關(guān)于營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，其中1個(gè)為中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，占1.64%：16個(gè)為輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，占26.23%：35個(gè)為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，占57.38%：9個(gè)為貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。占14.75%。其中磷是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素之一。水體中的磷來(lái)源分為兩類：一類是水體底泥釋放磷酸鹽：另一類是人類活動(dòng)帶入水體的磷酸鹽，主要有農(nóng)田施肥流入和污水處理廠二級(jí)出水流入，施肥流入可以通過(guò)科學(xué)調(diào)配施肥量加以控制。而當(dāng)前污水處理廠的二級(jí)出水含磷量較難達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)一步惡化。因此二級(jí)出水除磷是當(dāng)前研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

現(xiàn)今除磷的方法很多，大致分為化學(xué)法（混凝沉淀法和電解法）、生物法（微生物法和水生物法）、物理法（吸附法）、膜技術(shù)處理法等。其中，化學(xué)法、生物法存在處理費(fèi)用高、效果不穩(wěn)定等缺陷；膜技術(shù)處理法則存在壽命短、易堵塞、過(guò)水量小等缺點(diǎn)；而吸附法具有耗能小、污染少、去除快、容量大、可再生、出水潔凈等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際除磷中得到廣泛認(rèn)同和應(yīng)用。當(dāng)前污水處理廠二級(jí)出水屬于含磷量較低的不達(dá)標(biāo)水體，且其他污染物的含量也較少。針對(duì)這類情況的水體，選擇吸附法來(lái)控制磷達(dá)標(biāo)無(wú)疑是最佳的。本試驗(yàn)考察了常用吸附劑對(duì)模擬低濃度含磷廢水的吸附效果，旨在選取高效去除低濃度磷的吸附劑，以期為二級(jí)出水除磷工程吸附劑的選擇提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器

85-2數(shù)顯恒溫磁力攪拌器（金壇市鑫鑫實(shí)驗(yàn)儀器廠）：XFS-280MB手提式壓力蒸汽滅菌器（浙江新豐醫(yī)療器械有限公司）：移液器（1000-5000μL，上海漢林實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）：AB204-N型電子天平[梅特勒一托利多儀器（上海）有限公司]；哈希分光光度計(jì)（DR/2500，美國(guó)HACH公司）。

1.2 試驗(yàn)配水

稱取一定量的固體KH₂PO₄，加去離子水配成0.900mg/L的含磷水樣，用稀硫酸微調(diào)pH至7.3，待用。

1.3 吸附材料

試驗(yàn)所用材料有陰離子交換樹(shù)脂、氧化鋁、硅藻土助濾劑、鈉基改性膨潤(rùn)土、煤渣、沸石、核桃殼、熱力貼。其中，陰離子樹(shù)脂購(gòu)白天津波鴻樹(shù)脂科技有限公司：氧化鋁購(gòu)自中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司河南分公司：硅藻土助濾劑購(gòu)自信師礦業(yè)發(fā)展公司；鈉基改性膨潤(rùn)土購(gòu)白天元非金屬制品有限公司：煤渣來(lái)自江蘇鎮(zhèn)江：沸石來(lái)自內(nèi)蒙古赤峰：核桃殼來(lái)自新疆阿克蘇核桃：熱力貼購(gòu)自中尚日用品有限公司，主要成分為鐵粉、水、活性炭、蛭石、吸水性樹(shù)脂和鹽。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 吸附時(shí)間對(duì)磷的吸附影響 準(zhǔn)確稱取0.1g陰離子樹(shù)脂、氧化鋁、硅藻土助濾劑、鈉基改性膨潤(rùn)土、煤渣、沸石、核桃殼、熱力貼于250mL具塞錐形瓶中，加入100mL質(zhì)量濃度為0.9mg/L的磷溶液。在（25+1）℃下，恒溫磁力攪拌。轉(zhuǎn)速為180r/min。取樣時(shí)間設(shè)定為5、15、30、45、60min，用0.45μm針管濾頭過(guò)濾懸浮液，采用鉬銻抗分光光度法測(cè)定濾液中的磷含量，最后與初始磷質(zhì)量濃度進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算去除率。

本試驗(yàn)來(lái)源于某集團(tuán)尾水吸附除磷工程的試驗(yàn)部分。由于需要處理的水量較大，且要求快速吸附除磷。故吸附取樣時(shí)間選取較短?？刂圃?0min內(nèi)。

1.4.2 吸附材料投加量對(duì)磷的吸附影響 8種吸附劑各取5個(gè)不同投加量置于250mL具塞錐形瓶中，加入100mL質(zhì)量濃度為0.900mg/L的磷溶液，在（25+1）℃下恒溫磁力攪拌30min，用0.45μm針管濾頭過(guò)濾懸浮液，采用鉬銻抗分光光度法測(cè)定濾液中的磷含量，最后與初始磷質(zhì)量濃度進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算去除率。各吸附劑投加量分別為0.5、1.0、2.0、5.0、10.0g/L（氧化鋁除外，氧化鋁投加量為0.1、0.2、0.3、0.5、1.0g/L）。試驗(yàn)中，由于氧化鋁吸附除磷效果很好，故所選取的5個(gè)投加量都較其余7個(gè)更小。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸附時(shí)間對(duì)磷去除效果的影響

陰離子樹(shù)脂、硅藻土助濾劑、鈉基改性膨潤(rùn)土、煤渣對(duì)低濃度含磷水樣的吸附除磷效果如圖1A所示，氧化鋁、沸石、核桃殼、熱力貼對(duì)低濃度含磷水樣的吸附除磷效果如圖1B所示。從圖1可以看出，氧化鋁對(duì)低濃度含磷廢水的吸附效果最佳，5min內(nèi)去除率達(dá)到50%，30min內(nèi)幾乎完全去除，吸附速率是8種吸附劑中最快的：其次是陰離子樹(shù)脂。60min內(nèi)的吸附曲線類似一次函數(shù)y=-0.01286x+0.9，各時(shí)間段上吸附較為均勻，60min除磷率達(dá)到88.9%：再次是熱力貼，在30min后吸附趨于平穩(wěn)，達(dá)到吸附飽和。漸近y=0.580。吸附效果較好，可能是其中的鐵粉、活性炭、蛭石對(duì)磷酸根起到了吸附作用；硅藻土助濾劑、鈉基改性膨潤(rùn)土、煤渣、沸石、核桃殼5種吸附劑雖然是常見(jiàn)吸附劑。但是對(duì)低濃度含磷水樣的除磷效果較差，60min內(nèi)幾乎無(wú)吸附效果。

在相同投加量情況下，由上述結(jié)果可知，氧化鋁吸附速率快且吸附量大，是最佳的二級(jí)出水除磷吸附劑，特別適合二級(jí)出水水力停留時(shí)間較短的情形：陰離子樹(shù)脂的吸附速率較氧化鋁慢，但是吸附量大，最終吸附效果等同于氧化鋁，在水力停留時(shí)間較長(zhǎng)情形下，陰離子樹(shù)脂和氧化鋁都可作為首選：熱力貼的吸附速率快但吸附量偏小，由于其作為使用后的廢棄物用于吸附，因此從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)是不錯(cuò)的選擇：其余5種吸附劑不適合低濃度磷的吸附。

2.2 吸附劑投加量對(duì)磷去除效果的影響

陰離子樹(shù)脂、硅藻土助濾劑、鈉基改性膨潤(rùn)土、煤渣對(duì)低濃度含磷水樣的吸附除磷效果如圖2A所示，沸石、核桃殼、熱力貼對(duì)低濃度含磷水樣的吸附除磷效果如圖2B所示，氧化鋁對(duì)低濃度含磷水樣的吸附除磷效果如圖2C所示。由圖2可以看出，這8種吸附劑中，氧化鋁、陰離子樹(shù)脂和熱力貼吸附效果較好，這3種吸附劑投加量分別在0.2、1.0、2.0g/L時(shí)，可以使剩余磷濃度降到0.5mg/L以下，滿足磷的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，相比之下。其余5種吸附劑對(duì)磷的吸附效果較差，即使吸附劑投加量加大到10.0g/L，都難將剩余磷濃度降到0.850mg/L以下。

在相同吸附時(shí)間情況下，模擬含磷廢水進(jìn)行吸附。水力停留時(shí)間只有30min時(shí)，投加微量的氧化鋁即能使出水含磷量達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)：陰離子樹(shù)脂和熱力貼吸附量隨投加量成倍增長(zhǎng)。對(duì)磷酸鹽吸附效果較好，只要投加一定的量，兩者都可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到快速除磷的目的。

3 結(jié)論

工程實(shí)踐中二級(jí)出水停留在吸附塔（池）的時(shí)間較短。往往要求快速吸附。通過(guò)試驗(yàn)得知。氧化鋁具有吸附速率快、吸附量大、投加量小的優(yōu)勢(shì)，陰離子樹(shù)脂具有吸附速率較慢、吸附量大、投加量較小的特點(diǎn)，熱力貼具有吸附速率快、吸附量小、投加量較小、廢棄物再利用的特點(diǎn)，其余5種吸附劑則表現(xiàn)出吸附速率很慢、吸附量很小、投加量很大等劣勢(shì)。綜上所述，8種吸附劑對(duì)低磷廢水中磷的去除效果為氧化鋁>陰離子樹(shù)脂>熱力貼>其余5種吸附劑。針對(duì)低濃度含磷廢水選用合適的吸附劑除磷是完全可行的。