程 婷

(太原工業(yè)學(xué)院，山西太原，030008)

硫酸亞鐵改性粉煤灰去除水中低濃度磷的特性研究

程 婷

(太原工業(yè)學(xué)院，山西太原，030008)

研究以粉煤灰為原料、以硫酸亞鹽為改性劑制得改性吸磷劑，研究其除磷性能，為制備低成本高效的水體除磷劑提供技術(shù)支持。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對于處理50mL的濃度為1mg/L的含磷廢水，改性粉煤灰的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件：吸附劑投加量為5g，吸附時(shí)間為40min，溶液的pH值為7。此時(shí)，磷的去除率可達(dá)90%以上，并且去除率隨著初始磷濃度的增加而下降。與天然粉煤灰相比，改性粉煤灰的除磷率從32.4%增加到89.7%，增大了57.3%。

粉煤灰 硫酸亞鐵鹽 吸附除磷

1 緒論

近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展和人類活動的加劇，水體富營養(yǎng)化的問題日益嚴(yán)重。水體富營養(yǎng)化主要是由于水中磷、氮含量過剩引起的，因此，必須進(jìn)行水體除磷以防治水體富營養(yǎng)化。吸附法不但可以實(shí)現(xiàn)廢水除磷，并能通過進(jìn)一步的解吸處理進(jìn)行磷資源的回收，是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[1-3]。而工業(yè)廢渣粉煤灰的多孔松散的特殊結(jié)構(gòu)就決定了它的比表面積較大、比表面能較高，具有較強(qiáng)的吸附能力，可以用于廢水處理[4-7]。

2 實(shí)驗(yàn)材料及方法

2.1 硫酸鐵改性粉煤灰的制備

稱取2.22g的FeSO4·7H2O溶于200mL的水中，加入100g經(jīng)過烘干的粉煤灰，振蕩1h，離心，洗至中性，烘干，備用。每克粉煤灰吸附亞鐵離子1.12g。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

本吸附實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)方法進(jìn)行[8-9]。取一定磷濃度的水樣于錐形瓶中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值，加入適量的改性粉煤灰，搖勻，置于恒溫?fù)u床中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為120r/min，進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 磷標(biāo)線的繪制

本實(shí)驗(yàn)根據(jù)鉬酸銨分光光度法(GB 11893-89)進(jìn)行磷濃度的測定[10-12]。磷標(biāo)線如圖1所示。

圖1 磷溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線

3.2 粉煤灰改性前后除磷效果的比較

改性前后的粉煤灰的除磷效果如圖2所示。

圖2 粉煤灰改性前后除磷效果

由圖2可以看出，原灰對磷的吸附效率隨著投加量的增大而增大，但它的增長的幅度并不大。當(dāng)投加量在3g以上時(shí)，其增長的速度明顯緩慢，最大的去除率在30 %左右，對磷酸根的吸附能力較弱。經(jīng)亞鐵離子改性后的粉煤灰對磷的去除率的增長趨勢較明顯，去除率可達(dá)到70 %左右。當(dāng)吸附劑的投加量為2g時(shí)，改性粉煤灰除磷效率比原灰的高27.5%。

3.2 改性粉煤灰投加量對除磷效果的影響

吸附劑投加量對除磷效果的影響如圖3所示。

圖3 粉煤灰投加量對去除率的影響

由圖3可以看出，當(dāng)改性粉煤灰的投加量為1g時(shí)，其對1mg/L磷的去除率為31%，當(dāng)投加量為8g時(shí)，其去除率為86%，比投加4g時(shí)去除率高出26%。當(dāng)投加量為10g時(shí)，其去除率為89.7%。因此可以看出出當(dāng)改性粉煤灰的投加量在1-8g時(shí)其去除率的增加十分明顯，在8g以上時(shí)其去除率雖然也會增加，但增加的十分緩慢。總體上的趨勢是隨著改性粉煤灰的增加，其吸附除磷的效率也在增加。所以在pH值為7的50mL的1mg/L含磷溶液中加入8g的改性粉煤灰，其吸附除磷效果最好。

3.3 吸附平衡時(shí)間對除磷效果的影響

吸附平衡時(shí)間對除磷的影響如圖4所示。

圖4 吸附平衡時(shí)間對去除率的影響

由圖4可以看出，當(dāng)吸附時(shí)間為3min時(shí)改性粉煤灰對1mg/L磷的去除率為88.5%，當(dāng)吸附時(shí)間為10min時(shí)磷的去除率為92.3%，其去除率提高了4%左右。當(dāng)吸附時(shí)間為40min以上時(shí)，其去除率為93.4%，基本保持不變。由此可以得出，吸附平衡時(shí)間在1-10min內(nèi)時(shí)，粉煤灰的除磷效率是大幅度增加的，在40min以上時(shí)去除率比較穩(wěn)定?？傮w上的趨勢是隨著吸附平衡時(shí)間的增加，其去除率先增加再趨于穩(wěn)定。因此可以以40min作為最佳的吸附時(shí)間。所以用粉煤灰吸附pH值為7的50mL的1mg/L含磷溶液吸附時(shí)間為40min時(shí)，其吸附除磷效果最好。

3.4 溶液pH值對除磷效果的影響

不同pH值下的吸附情況如圖5所示。

圖5 溶液pH值對去除率的影響

由圖5可以看到：當(dāng)溶液的pH值為2時(shí)，改性后的粉煤灰對1mg/L 磷的去除率為96.1%，當(dāng)pH值為7時(shí)，其去除率為93.8%，當(dāng)pH值為10時(shí)，其去除率為63.4%。由此可知，吸附除磷效果在pH值為2-7的范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，吸附效率都在90%以上，吸附除磷效果較好。當(dāng)pH值在8以上時(shí)吸附效率有所下降，且下降幅度較大。所以用改性粉煤灰吸附50mL的濃度為1mg/L的含磷溶液時(shí)，其溶液pH值為7時(shí)吸附除磷效果最好。

3.5 含磷溶液初始濃度對除磷效果的影響

不同初始含磷濃度的吸附容量如圖6所示。

圖6 初始含磷濃度對去除率的影響

由圖6可以看到：當(dāng)初始磷濃度為0.2mg/L時(shí)，其去除率為96.7%，當(dāng)初始磷濃度為0.6mg/L時(shí)，其去除率為94.6%，溶液濃度為0.6mg/L時(shí)去除率比濃度為0.2mg/L的低2.1%，而溶液濃度為1.0mg/L時(shí)去除率比濃度為0.6mg/L的低0.8%。由此可以得出，隨著溶液初始含磷濃度的增加，其去除效率有些許的降低，但都在90%以上?？傮w上的趨勢是隨著初始磷濃度的增加，其去除磷的效率相對稍微減小，但其相對應(yīng)的除磷的量是也相對增加的。

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)在對粉煤灰的一些性質(zhì)、危害和應(yīng)用技術(shù)了解之后，研究了用改性后的粉煤灰與原灰對磷酸根離子的吸附效果的影響，以及吸附劑投加量、吸附平衡時(shí)間、溶液pH值、初始磷濃度對粉煤灰吸附除磷的影響，可以得到以下結(jié)論：

(1)經(jīng)過硫酸亞鐵鹽改性后的粉煤灰與原灰的吸附除磷能力相比較，改性后的粉煤灰對磷酸根離子的吸附能力明顯得到提高。

(2)對于處理50mL的濃度為1mg/L的含磷廢水中，硫酸鐵改性粉煤灰的最佳投加量為5g，最佳溶液pH值為7，吸附反應(yīng)時(shí)間40min，磷的去除率可達(dá)90%以上。

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FerrousSulfate Modified Fly Ash Removal of Low Concentration of Phosphorus in Water Research

ChengTing

(TaiYuanInstituteofIndustrial,Taiyuan030008,ShanXi,China)

The research using fly ash as raw materials, the ferrous sulfate as modifier to prepare the phosphorus absorption agent and studying its performance of removing phosphorus, which mean to provide useful information for the water phosphorus removal with the low cost and high efficiency. The experimental results show: treating 50ml of phosphorus waste water which concentration is 1 mg/L, the optimal experimental conditions is that the adsorbent additive quantity was 5g, the adsorption equilibrium time was 40 min, the solutions of pH value was 7. At this point, the phosphorus removal rate can reach more than 90%, and with the increasing of initial concentration of phosphorus the removal rate decreased. Compared with the natural fly ash, the modified fly ash of phosphorus removal rate increased from 32.4% to 89.7% which had increased 57.3%.

fly ash; ferrous sulfate; adsorption removal of phosphorus