低温条件下建筑废弃砖块对水体中磷的吸附特征研究

发布时间：2020-08-26 14:07

【摘要】：在城市化进程不断加快导致建筑废弃砖块储量不断增加,水体富营养化日趋严重的的背景下,有必要开展废弃砖块作为雨水渗滤系统基质吸附去除水体中磷的研究。通过自制渗透系数测定装置使用常水头法测定了不同粒径的三种砖块与土壤按质量比混合后的渗透系数。研究了红砖、水泥块和免烧砖三种砖块在低温条件下吸附除磷的特征,同时考察了溶液初始磷浓度、砖块的粒径、溶液初始pH值、温度、共存阴离子多种因素对其吸附除磷效果的影响,并通过吸附动力学、等温吸附实验并对吸附动力学过程,吸附等温线和吸附热力学进行模型拟合同时对砖块吸附前后的红外光谱分析探究其可能的吸附机理,最后在砖块基础上添加辅助填料研究其对吸附效果。实验主要研究结果如下:(1)粒径对砖块的渗透系数影响较大。三种砖块粒径增大,其渗透系数越大。随着砖块与土壤质量比的增加,其渗透系数呈现出先增加后降低的趋势,且各种配比的渗透系数均能满足雨水渗滤系统基质的渗透性要求。(2)溶液初始磷浓度增加,溶液温度升高,粒径减小均能能增加砖块对磷的吸附量。随着竞争离子浓度增加,免烧砖和水泥块的除磷效率降低,但是红砖的除磷效率先增加后减小。pH对三种砖块吸附量的影响较小。(3)通过动力学模型拟合发现一阶动力学模型和二阶动力学模型都能很好的描述三种粒径免烧砖和水泥块的吸附动力学过程。Langmuir方程与Freundlich方程方程均能很好的描述三种粒径的三种砖块对磷的吸附等温特征,根据Langmuir估算出免烧砖、水泥块和红砖的理论最大饱和吸附容量分别为492mg/kg、262.06mg/kg和198mg/kg。吸附热力学研究结果为△G0＜0,AH00表明三种砖块对磷的吸附过程均为自发、吸热过程。(4)添加辅助填料后免烧砖与水泥块的吸附量均有所降低,红砖吸附量有所上升,同时三种砖块添加辅助填料后吸附平衡时间有所延长。通过三种砖块吸附除磷前后的傅里叶红外光谱图变化得出以下结论:红砖吸附除磷作用为物理吸附。免烧砖和水泥块吸附除磷作用为化学吸附,CaO和Fe2O3与磷酸根粒子之间的化学吸附是免烧砖和水泥块吸附除磷的主要途径。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52;X799.1
【图文】：

渗透系数作为雨水渗滤系统设计中优先的考虑内容［５６１，砖块用作生态工程时就必逡逑须满足渗透能力要求，同时生态工程多为就地开方，填料与本地土壤混合，因此使用逡逑自制的渗透系数测定装置，采用常水头法测定砖块的渗透系数，测定过程如图２－２所逡逑示。在柱状装置底部铺满砾石使得与下出水口（ａ）齐高，如图２－２左边图所示，装置逡逑中间添加带测定渗透系数的砖块，自然填放使得砖块高度为ｈ，然后通过水管以一定逡逑流速加水，待砖块上方水体高度为Ａｈ，多余的水从上出水口（ｂ）流出，等待装置运逡逑行一段时间，下出水口水流稳定后开始测定，下出水口放置接水容器，运行一定时间逡逑ｔ后，测量容器中水体积ｖ，测量柱形装置截面积Ａ，通过公式２－１计算砖块的渗透系逡逑数。逡逑ｖ邋＝邋ｋ＊Ａ＊ｒ＊（＾＾－｝逦（２－１）逡逑＼邋ｈ邋）逡逑９逡逑

邋１－３邋ｍｍ邋３－５邋ｍｍ逡逑图２－１实验所用砖块外观图逡逑２．２渗透系数逡逑渗透系数作为雨水渗滤系统设计中优先的考虑内容［５６１，砖块用作生态工程时就必逡逑须满足渗透能力要求，同时生态工程多为就地开方，填料与本地土壤混合，因此使用逡逑自制的渗透系数测定装置，采用常水头法测定砖块的渗透系数，测定过程如图２－２所逡逑示。在柱状装置底部铺满砾石使得与下出水口（ａ）齐高，如图２－２左边图所示，装置逡逑中间添加带测定渗透系数的砖块，自然填放使得砖块高度为ｈ，然后通过水管以一定逡逑流速加水，待砖块上方水体高度为Ａｈ，多余的水从上出水口（ｂ）流出，等待装置运逡逑行一段时间，下出水口水流稳定后开始测定，下出水口放置接水容器，运行一定时间逡逑ｔ后

３．１．１矿物组成逡逑砖块的化学组成采用ＸＲＤ６１００型Ｘ射线荧光分析仪（ＸＲＤ）测定，选择半定量逡逑分析方法。免烧砖、水泥块和红砖的ＸＲＤ图如图３－１所示。由图可以看出，免烧砖、逡逑水泥块和红砖成分均含有Ｓｉ０２，似是免烧砖和水泥块含有金Ｍ氧化物和ＣａＣ０３，可以逡逑提供更多的吸附位点。成分单一的红砖吸附磷T不可能存在专性吸附。？般认为，晶逡逑体结构在衍射曲线中所对应的是尖峰衍射特征，而非晶体结构则具有弥散衍射的特征，逡逑因此三种砖块的成份均为晶体结构。根据半定量分析免烧砖成份为ＣａＣ０３邋（６２．６７％）、逡逑Ｍｇａ0３Ｃａ0．９７Ｃ０３邋（１７．４３％）邋Ｍｇ0．０６Ｃａ0．９４Ｃ０３邋（１９．９％）。水泥块成份邋Ｓｉ０２邋（３８．６６％）、逡逑Ａ１Ｐ０４邋（２５．４％）、ＣａＣ０３邋（２２．６％）、Ｍｇａ0３Ｃａ0．９７Ｃ０３邋（２４．８％）、Ｍｇ（）０６Ｃａ0．９４Ｃ０３邋（２３．２％）。逡逑红砖成分邋Ｓｉ０２邋（７２．６３％）、Ａ１Ｐ０４邋（２７．３７％）。逡逑５00邋６００邋－逡逑ＣａＣ°３逦Ｂｕｍ－ｆｒｅｅ邋ｂｒｉｃｋｓ逦ｓ｜0２逦Ｃｏｎｃｒｅｔｅ逡逑５００－逡逑４００邋－逡逑４００－逡逑？邋３００邋￣逦Ｓ＇逦ＣａＣ０３逡逑§逦？邋３００邋－逡逑

【参考文献】

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本文编号：2805273