幾種常見吸附劑對廢水中低濃度磷的吸附

唐朝春　陳惠民　張琪　葉鑫　劉名

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

關(guān)鍵詞：吸附劑；除磷效果；廢水；磷酸鹽

中圖分類號：X703 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）09-2227-03

水體富營養(yǎng)化已經(jīng)成為中國首要的環(huán)境問題。2013年，在中國61個湖泊（水庫）中開展了關(guān)于營養(yǎng)狀態(tài)的監(jiān)測，其中1個為中度富營養(yǎng)狀態(tài)，占1.64%：16個為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，占26.23%：35個為中營養(yǎng)狀態(tài)，占57.38%：9個為貧營養(yǎng)狀態(tài)。占14.75%。其中磷是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要因素之一。水體中的磷來源分為兩類：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出水流入，施肥流入可以通過科學(xué)調(diào)配施肥量加以控制。而當(dāng)前污水處理廠的二級出水含磷量較難達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級A標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致水體營養(yǎng)狀態(tài)進一步惡化。因此二級出水除磷是當(dāng)前研究的重點和熱點。

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、過水量小等缺點；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，在實際除磷中得到廣泛認(rèn)同和應(yīng)用。當(dāng)前污水處理廠二級出水屬于含磷量較低的不達標(biāo)水體，且其他污染物的含量也較少。針對這類情況的水體，選擇吸附法來控制磷達標(biāo)無疑是最佳的。本試驗考察了常用吸附劑對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 試驗儀器

85-2數(shù)顯恒溫磁力攪拌器（金壇市鑫鑫實驗儀器廠）：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，上海漢林實驗儀器有限公司）：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（DR/2500，美國HACH公司）。

1.2 試驗配水

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

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

1.4 試驗方法

1.4.1 吸附時間對磷的吸附影響 準(zhǔn)確稱取0.1g陰離子樹脂、氧化鋁、硅藻土助濾劑、鈉基改性膨潤土、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。取樣時間設(shè)定為5、15、30、45、60min，用0.45μm針管濾頭過濾懸浮液，采用鉬銻抗分光光度法測定濾液中的磷含量，最后與初始磷質(zhì)量濃度進行對比，計算去除率。

本試驗來源于某集團尾水吸附除磷工程的試驗部分。由于需要處理的水量較大，且要求快速吸附除磷。故吸附取樣時間選取較短。控制在60min內(nèi)。

1.4.2 吸附材料投加量對磷的吸附影響 8種吸附劑各取5個不同投加量置于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針管濾頭過濾懸浮液，采用鉬銻抗分光光度法測定濾液中的磷含量，最后與初始磷質(zhì)量濃度進行對比。計算去除率。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）。試驗中，由于氧化鋁吸附除磷效果很好，故所選取的5個投加量都較其余7個更小。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸附時間對磷去除效果的影響

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

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，是最佳的二級出水除磷吸附劑，特別適合二級出水水力停留時間較短的情形：陰離子樹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，在水力停留時間較長情形下，陰離子樹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)濟角度出發(fā)是不錯的選擇：其余5種吸附劑不適合低濃度磷的吸附。

2.2 吸附劑投加量對磷去除效果的影響

陰離子樹脂、硅藻土助濾劑、鈉基改性膨潤土、煤渣對低濃度含磷水樣的吸附除磷效果如圖2A所示，沸石、核桃殼、熱力貼對低濃度含磷水樣的吸附除磷效果如圖2B所示，氧化鋁對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，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A標(biāo)準(zhǔn)，相比之下。其余5種吸附劑對磷的吸附效果較差，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。

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

3 結(jié)論

工程實踐中二級出水停留在吸附塔（池）的時間較短。往往要求快速吸附。通過試驗得知。氧化鋁具有吸附速率快、吸附量大、投加量小的優(yōu)勢，陰離子樹脂具有吸附速率較慢、吸附量大、投加量較小的特點，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，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。綜上所述，8種吸附劑對低磷廢水中磷的去除效果為氧化鋁>陰離子樹脂>熱力貼>其余5種吸附劑。針對低濃度含磷廢水選用合適的吸附劑除磷是完全可行的。