水铁矿对含磷废水的吸附性能及机理分析

发布时间：2019-09-18 00:21

【摘要】：近年来,水体富营养化问题越来越严重,是国内外关注的重要环境问题之一。磷是导致水体富营养化的主要因素,只有去除水体中的磷才能解决目前面临的水环境问题。目前的除磷方法中使用最多的是吸附法,寻找到一种高性能吸附剂尤为重要。因此,本文采用人工合成水铁矿Ferror Mox(FM)作为处理含磷废水的吸附剂,通过静态吸附和动态吸附实验探索其吸附理论。(一)通过静态吸附实验考察该材料作为除磷吸附剂的效果,研究了不同因素对FM除磷效率的影响,并对其吸附除磷的机制进行了研究。所得结论如下:(1)利用SEM、EDS、XRD、FTIR和Raman等表征方法确定FM主要成分为无定形状态的2L水铁矿,主要元素是Fe、O、Si和Ca,FM主要是以羟基铁的形式存在;通过XPS对吸附前后的FM进行分析可知,磷在FM表面的吸附存在形式主要是HPO_4~(2-)(中性条件)、H_2PO_4~-(酸性条件)、HPO_4~(2-)和羟基磷酸钙(碱性条件),并且在酸性环境中FM表面磷原子的增长量最多,也证实了在酸性环境中,FM吸附效果相对较好。(2)通过静态吸附实验可知,在吸附时间为60 min、磷酸盐溶液初始pH为2、相对投加量为7 g/L、温度是25℃、初始含磷浓度是10 mg/L、溶液体积为50mL的条件下,磷酸盐的去除率达到99.14%;在不同温度条件下的吸附等温式均满足Langmuir等温吸附模型,相关系数达到0.95以上;由热力学参数可知,FM吸附除磷反应属于自发(式)的吸热反应;FM吸附除磷反应用准一级动力学模型和准二级动力学模型均可以描述;通过再生实验可知,用0.1 mol/L的氢氧化钠溶液可以使99%左右吸附在FM上的磷解吸下来。(二)通过动态实验,考察了流速、吸附柱高度、溶液初始pH及溶液初始浓度等吸附柱参数对FM吸附穿透曲线的影响、动态吸附模型对实验数据的拟合曲线以及吸附柱再生性能。所得结论如下:FM吸附除磷穿透曲线随着流速的增加,穿透曲线逐渐变陡,产水量逐渐减少;随着吸附柱高度的增加,吸附穿透曲线逐渐平缓,达到穿透点及耗竭点的时间逐渐延长;随着溶液初始浓度的增加,吸附穿透曲线逐渐向左移动,吸附曲线的穿透时间和吸附饱和时间均会缩短;在弱酸性条件下,FM的除磷效果更好。通过Adam’s-Bohart、Yoon Nelson和BDST吸附模型对FM动态吸附穿透曲线进行拟合可知,Adam’s-Bohart模型对运行初始阶段拟合效果较好;Yoon Nelson模型对运行后期拟合效果较好;BDST模型可以成功预测出流速,对工程应用起到一定参考作用。通过对吸附柱再生及重复利用性实验可知,FM是一个再生性能好、可重复利用的吸附材料。
【图文】：

分布系数,弱酸,强碱弱酸盐,强碱

士论文第一H2PO4-+H2O→HPO4-+H3O+Kal=6.3*10-8HPO4-+H2O→PO43-+H3O+Kal=4.4*10-134属于强碱弱酸盐，在水中水解产生强碱 KOH 和弱酸 H3PO4，属于弱酸，在水中发生不完全分步电离，由此说明溶液的 pH 会对有决定性的影响[8]。通过磷酸盐的 Ka1 常数可以得到不同 pH 值式所占的比例，如图 1-1。

工艺流程图,工艺流程

时候水解胞内聚磷酸盐，分解出磷酸盐，在缺氧阶段摄入磷酸盐，，以 ATP 存[11]。生物除磷并不是全部归结为聚磷菌的作用，Cloete 等人[12]研究结果菌胞体包含了 57-59%的磷，胞外聚合物一般包含了 27-30%左右的磷。有关[13]，在好氧的情况下吸收磷的含量是厌氧情况下放出量的 11 倍以上，在厌释放的更彻底，在好氧的时候吸收的也更多，所以可以在厌氧区采取一定措磷的释放。目前，工程中所用到的生物除磷工艺比较多，本文主要列出 A/、UCT、Phostrip 等四种常见工艺。O 除磷工艺A/O 除磷工艺[14]主要是依靠排出富磷污泥达到去除含磷物质的目的。其流程-2 所示，污水与回流污泥在厌氧池混合，聚磷菌分解自身体内聚磷酸盐，同中小分子的有机物合成聚β-羟基丁酸来支撑其自身的生长。进入好氧池后所吸收分解的有机物，都被存到细胞里面。主要特点是厌氧阶段放在好氧阶段前面，暂缓了丝状菌的生长及污泥膨胀，阶段的有机负荷；停留时间短、泥龄短；工艺简单，不需要加药，建设费和低；但是磷的去除效率比较差，不易达标排放。
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703

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