凈水廠污泥的磷吸附特性研究

王曉曦

摘 要：在對(duì)凈水廠進(jìn)行資源管理的過(guò)程中，要想將資源實(shí)現(xiàn)更加合理的配置，同時(shí)確保能夠進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)展，就需要對(duì)凈水廠的污泥開(kāi)展有效的處理。本文主要探討了采用磷吸附的方式，證實(shí)影響凈水廠污泥磷吸附能力的影響因素與溫度與pH值有關(guān)，希望在今后的研究工作中有所幫助。

關(guān)鍵詞：凈水廠污泥；磷；吸附

在對(duì)凈水廠污泥進(jìn)行處理的過(guò)程中，首先要明確其來(lái)源，凈水廠的污泥大多是來(lái)自自來(lái)水在生產(chǎn)時(shí)遺留下來(lái)的剩余廢物，這些剩余廢物中包含了大量的雜質(zhì)，例如土壤顆粒以及膠質(zhì)物質(zhì)等，在生產(chǎn)自來(lái)水的過(guò)程中，往往都會(huì)采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝進(jìn)行處理，即混凝→沉淀→過(guò)濾→消毒，因此在這一過(guò)程中難以避免的會(huì)產(chǎn)生污泥，對(duì)自來(lái)水的水質(zhì)造成不良影響。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，凈水廠在處理污泥過(guò)程中采用了全新的解決辦法，希望能夠?qū)窈蟮馁Y源利用提供一定的幫助。

1 準(zhǔn)備材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

首先選定一家凈水廠作為試驗(yàn)對(duì)象，該廠主要水源來(lái)自黃河水，絮凝劑主要采用聚合氯化鋁（PAC），在黃河河道中選取試驗(yàn)對(duì)照土樣品若干，然后將兩種土風(fēng)干，放入溫度為110℃的環(huán)境中進(jìn)行烘烤，持續(xù)時(shí)間為2h，將土樣烘干后粉碎，準(zhǔn)備篩選。

1.2 土樣的磷等溫吸附試驗(yàn)

分別配制不同磷濃度的KH2PO4溶液，將KOH以及HCl溶液中的pH值調(diào)節(jié)至7，在容量為100mL的三角燒瓶中稱取適量的凈水廠污泥，一般情況下0.25g即可。隨即加入準(zhǔn)備好的溶液25mL，然后再滴入適量的氯仿，氯仿不宜過(guò)多，主要作用是為了防止微生物活動(dòng)過(guò)于活躍。對(duì)搖床進(jìn)行調(diào)節(jié)，在轉(zhuǎn)速為（180±2）r/min的前提下，進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為24h，再取出溶液放入濾膜中進(jìn)行過(guò)濾，進(jìn)而在濾液中將磷濃度測(cè)量出來(lái)，上述樣品中，每個(gè)樣品都要做三個(gè)平行，以便更加準(zhǔn)確的測(cè)定磷含量。

1.3 土樣的磷吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)

緊接著需要進(jìn)行磷吸附的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)。在該試驗(yàn)中主要探究影響磷吸附能力的因素有哪些。首先是探究溫度這一影響因素，先將pH值設(shè)定為7，在磷濃度為150mg/L的KH2PO4溶液中，加入1.0g的凈水廠污泥，將其放入容量為100mL的三角燒瓶中，然后仿照前文中的試驗(yàn)過(guò)程，置于恒溫?fù)u床中并且將轉(zhuǎn)速設(shè)置為（180±2）r/min，分別在時(shí)間值為0min至480min的時(shí)間段中進(jìn)行取樣，每次取樣后將溶液過(guò)濾并且對(duì)其中所含有的濃度進(jìn)行分析。同樣是對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行三個(gè)平行，并觀察結(jié)果。

在測(cè)定pH值對(duì)磷吸附能力的影響試驗(yàn)中，首先要進(jìn)行KH2PO4溶液的配制，其磷濃度的含量為150mg/L，將pH值分別調(diào)節(jié)至五個(gè)狀態(tài)中，即pH為3/5/7/9/11時(shí)，然后將搖床的溫度設(shè)定為45℃，根據(jù)上文中對(duì)試驗(yàn)的要求進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)順序相一致，對(duì)pH值進(jìn)行分析，探究其對(duì)磷吸附的影響程度。

接下來(lái)要探究的內(nèi)容是初始濃度對(duì)磷吸附能力是否會(huì)產(chǎn)生影響，所以要將KH2PO4溶液中的初始濃度分別設(shè)為100mg/L、150mg/L以及200mg/L三種類型，然后將搖床的溫度設(shè)為45℃，在試驗(yàn)中的其他條件與上文試驗(yàn)相一致，探究是否初始濃度會(huì)對(duì)磷吸附能力產(chǎn)生影響。

1.4 分析方法

在該試驗(yàn)中，主要研究了影響磷吸附能力的因素有哪些。采用X熒光光譜的方式對(duì)土樣中元素的組成進(jìn)行分析，溶液磷的含量主要運(yùn)用鉬銻抗分光光度法進(jìn)行測(cè)定，使用型號(hào)為PHS-25的pH計(jì)對(duì)pH值進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與探討

在吸附等溫試驗(yàn)中，主要對(duì)比了土樣以及凈水廠污泥中磷吸附能力之間不同的差異性，因此進(jìn)行了吸附試驗(yàn)。在該試驗(yàn)中，運(yùn)用吸附等溫方程進(jìn)行分析，并將其與曲線作擬合處理，結(jié)果顯示磷吸附能力達(dá)到了對(duì)照土樣的17倍以上，二者具有較大的差異性。在這種情況下對(duì)差異性進(jìn)行分析得知，主要的影響因素是由于二者是由不同元素組成的，其中凈水廠污泥中含有大量的鋁化物，其含量是對(duì)照土樣的7.1%。除了自身攜帶以外，在生產(chǎn)自來(lái)水的過(guò)程中所使用的PAC混凝劑也具有鋁化物這一成分，所以造成鋁化物的含量偏大，可以證實(shí)這一因素對(duì)磷吸附能力會(huì)產(chǎn)生一定的影響。綜上，研究表明，材料對(duì)磷的吸附能力與其鋁含量有關(guān)，鋁含量高的材料磷吸附性能強(qiáng)，凈水廠污泥中所含的混凝劑在磷吸附中發(fā)揮重要作用。溫度對(duì)土樣磷吸附的影響如圖1所示。

從圖1中可以看出，凈水廠污泥對(duì)磷的吸附量都隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大，溫度為l5℃、30℃和45℃時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，凈水廠污泥磷的吸附量占總量的76.7%、88.8%和97.5%。從圖1還可以看出，同一反應(yīng)時(shí)間時(shí)，凈水廠污泥對(duì)磷的吸附量隨溫度的升高而增大，原因是在吸附的過(guò)程中，溶液中的磷酸根需要首先擴(kuò)散到顆粒表面，然后進(jìn)入顆粒內(nèi)部，溫度升高，磷酸根擴(kuò)散速度增加，同時(shí)克服污泥表面液膜阻力的能力增強(qiáng)，使反應(yīng)進(jìn)行得更加迅速。

pH值的改變可能影響吸附質(zhì)的存在狀態(tài)，還可能影響吸附劑表面的電性或者吸附劑的結(jié)構(gòu)等，因此，pH是影響吸附效果的重要因素。隨著pH的降低，凈水廠污泥對(duì)磷的吸附量增大，原因可能是在溶液pH值較低時(shí)，水中的磷酸根與凈水廠污泥表面的羥基發(fā)生配位體交換反應(yīng)。

在同一反應(yīng)時(shí)間時(shí)，初始濃度越大，凈水廠污泥對(duì)磷的吸附量越大。不同初始濃度的吸附過(guò)程也可以15min為界分為快速和慢速吸附兩個(gè)階段，初始濃度越大，在慢速吸附階段吸附曲線相對(duì)較陡，這說(shuō)明初始濃度越高，吸附達(dá)到平衡所需時(shí)間越長(zhǎng)。

3 結(jié)論

在試驗(yàn)條件下，凈水廠污泥對(duì)磷的吸附量隨溫度升高而增加；隨著溶液初始pH的增大逐漸降低，隨著初始濃度的增加增大。一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能夠很好的描述凈水廠污泥對(duì)磷的吸附過(guò)程。凈水廠污泥具有良好的磷吸附能力，具有作為污水磷吸附材料的巨大潛力。■

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