礦渣硅酸鹽水泥除磷性能研究

李 強(qiáng)，段浩宇，高鏡清，褚軍輝，周昊昕，朱桐豆，金銀珠

(1.鄭州大學(xué) 生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.鄭州大學(xué) 水利科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

0 引言

工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中的點(diǎn)源和面源污水含有的氮、磷等物質(zhì)導(dǎo)致許多地區(qū)的湖泊、河流和地下水受到污染，不僅影響了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也威脅到人類生存[1]。根據(jù)利比希最小值定律，在水體富營養(yǎng)化中，磷的影響更為顯著[2]。因此，水污染防治首先應(yīng)控制磷元素的污染。

目前，廢水除磷技術(shù)主要有化學(xué)沉淀法、生物法、吸附除磷法等[3-6]?；瘜W(xué)沉淀法的特點(diǎn)是除磷效果較穩(wěn)定、系統(tǒng)操作簡便、耐沖擊性強(qiáng)，但藥劑投加量大、處理費(fèi)用高，產(chǎn)生的大量化學(xué)沉淀污泥較難處理，易造成二次污染[3]。生物法的特點(diǎn)是除磷效率高，能耗及運(yùn)行成本低，同時能去除水中有機(jī)物，但易受環(huán)境因素(pH值、溫度等)影響，導(dǎo)致除磷效果難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[4-5]。吸附除磷法以其吸附容量大、速率快、工藝簡單、去除效果優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用[6]。國內(nèi)外常見的除磷吸附材料主要有天然材料、工業(yè)副產(chǎn)物材料、各種人工改性及合成材料，它們含有Al、Ca、Fe、Mg等活性物質(zhì)，可以有效提高除磷效率[7]。天然材料(硅灰石、膨潤土、沸石、牡蠣殼等)具有儲量豐富、價格便宜、易獲取等優(yōu)點(diǎn)，早期被廣泛應(yīng)用于人工濕地[8]、滴濾池[9]等工程中，但存在易堵塞、吸附容量小等問題[10]。工業(yè)副產(chǎn)物材料(粉煤灰、給水污泥、鋼渣)價格低廉，其中給水污泥的研究應(yīng)用最為成熟。有學(xué)者經(jīng)過長期研究，揭示了給水污泥的除磷性能與機(jī)理，并且開發(fā)出多種工藝，進(jìn)行規(guī)?；瘧?yīng)用[11-12]。但工業(yè)副產(chǎn)物材料特性隨著原料和工藝不同，吸附能力也存在一定差別，大規(guī)模應(yīng)用之前需要及時評估其安全性能[13]。在人工改性及合成材料中，如Wei等[14]合成的氧化鋅納米復(fù)合材料在吸附平衡磷質(zhì)量濃度為346 mg/L時，磷吸附量為97.3 mg/g。Zhang等[15]合成的鐵錳二元材料在pH值為5.6時，最大磷吸附量可達(dá)36 mg/g。這些材料雖然具有較高的磷吸附能力，但成本較高、制作工藝復(fù)雜，現(xiàn)階段在工程中難以大規(guī)模應(yīng)用[16]。因此，尋求一種高效、廉價、可工程化應(yīng)用的吸附材料成為目前研究的方向。

在制作新型免燒復(fù)合填料[17]過程中,通過對比發(fā)現(xiàn)：相對于給水污泥等材料，礦渣硅酸鹽水泥含有豐富的Al、Fe、Ca等活性物質(zhì)，具有較好的除磷性能。因此，本研究以新鮮粉末狀態(tài)下礦渣硅酸鹽水泥為吸附材料，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)研究了質(zhì)量濃度、pH值等因素對除磷效果的影響，并對礦渣硅酸鹽水泥的吸附動力學(xué)、吸附等溫線等進(jìn)行深入研究，結(jié)合相關(guān)表征手段，揭示其除磷機(jī)理，為進(jìn)一步掌握礦渣硅酸鹽水泥高效除磷性能及工程化推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)和參考數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

掃描電子顯微鏡(ZEISS GEMINI 300)；X射線衍射儀(D8 advance diffractometer, Bruker, German)；調(diào)速恒溫振蕩搖床(QYC-200); 分析電子天平(BSA224S); 紫外分光光度計(UV-6300);真空干燥箱(DZF-6050); pH測試儀(HI-2210)；純水機(jī)(Heal Force 18.2 Ωcm)；離心機(jī)(H1850)；燒杯；量筒；移液管；錐形瓶；玻璃棒等。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料為礦渣硅酸鹽水泥(購買于河南鄭州高新區(qū)建材市場)、磷酸二氫鉀、鉬酸銨、抗壞血酸、過硫酸鉀、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉等。

1.3 分析和表征方法

總磷測試采用鉬酸銨分光光度法[18]；利用掃描電子顯微鏡(ZEISS GEMINI 300)分析礦渣硅酸鹽水泥在磷吸附前后的表面形貌變化；利用X射線衍射儀(帕納科，Empyrean, Holland)分析礦渣硅酸鹽水泥在磷吸附前后的晶體結(jié)構(gòu)和相組成變化。為快速探究出礦渣硅酸鹽水泥的磷吸附潛力，實(shí)驗(yàn)所用污水為鄭州大學(xué)眉湖水額外添加磷酸二氫鉀(KH2PO4)配置總磷質(zhì)量濃度為150 mg/L的溶液。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

吸附量：

(1)

平衡吸附量：

(2)

去除率：

(3)

式中：qt為t時刻的吸附量，mg/g；qe為吸附平衡時礦渣硅酸鹽水泥對磷的飽和吸附量，mg/g；C0、Ct、Ce分別為溶液中總磷的初始質(zhì)量濃度、t時刻殘余總磷質(zhì)量濃度和平衡時總磷質(zhì)量濃度，mg/L；V為加入溶液的體積，L；m為加入到體系的吸附劑質(zhì)量，g；R為去除率。

(1)吸附動力學(xué)模型。采用準(zhǔn)一級吸附動力學(xué)模型、準(zhǔn)二級吸附動力學(xué)模型、簡單Elovich方程模型、顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型等對吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。

準(zhǔn)一級吸附動力學(xué)模型：

qt=qe(1-e-tk1)。

(4)

準(zhǔn)二級吸附動力學(xué)模型：

(5)

簡單Elovich方程模型：

qt=a+blnt。

(6)

顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型：

(7)

式中：qt為t時刻的吸附量，mg/g；qe為平衡時礦渣硅酸鹽水泥對磷的飽和吸附量，mg/g；k1為準(zhǔn)一級動力學(xué)常數(shù)，min-1；t為反應(yīng)時間，min；k2為準(zhǔn)二級動力學(xué)常數(shù)，g/(mg·min)；kpi為內(nèi)擴(kuò)散模型的速率常數(shù)，g/(mg·min1/2)；c為與吸附劑表面特性有關(guān)的常數(shù)。

(2)吸附等溫模型。采用Langmuir和Freundlich吸附等溫模型對不同初始磷質(zhì)量濃度的吸附量和平衡質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，來進(jìn)一步分析吸附類型。相關(guān)公式[19-20]如下所示。

Langmuir吸附等溫模型：

(8)

Freundlich吸附等溫模型：

(9)

式中：qe和Ce分別為吸附平衡時礦渣硅酸鹽水泥對磷的飽和吸附量和殘余磷質(zhì)量濃度，mg/L；qm為Langmuir模型預(yù)估的最大的吸附容量，mg/g；KL為與吸附能相關(guān)的Langmuir常數(shù)，L/mg；KF為與吸附容量相關(guān)的Freundlich常數(shù)，L/mg；n為表明吸附質(zhì)吸附強(qiáng)度的異質(zhì)性因子，n值越大，吸附力越強(qiáng)。

1.5 磷吸附實(shí)驗(yàn)

所有吸附實(shí)驗(yàn)均在裝有礦渣硅酸鹽水泥和100 mL KH2PO4溶液的玻璃錐形瓶(總?cè)莘e為250 mL)中進(jìn)行，并在轉(zhuǎn)速為150 r/min的恒溫振蕩器上振蕩一定時間，重復(fù)操作3次。

1.5.1 吸附動力學(xué)實(shí)驗(yàn)

取100 mL質(zhì)量濃度為150 mg/L的KH2PO4溶液于250 mL的錐形瓶中, 加入0.5 g礦渣硅酸鹽水泥，用0.1 mol/L的NaOH和0.1 mol/L的HCl調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為7，在25 ℃、轉(zhuǎn)速為150 r/min的恒溫?fù)u床振蕩12 h，分別于振蕩后0.25、0.5、0.75、1、2、4、6、8、10、12、24 h取樣。

1.5.2 吸附等溫線實(shí)驗(yàn)

取100 mL質(zhì)量濃度為50、100、150、200、250、300 mg/L的KH2PO4溶液于250 mL的錐形瓶中，加入0.5 g礦渣硅酸鹽水泥，用0.1 mol/L的NaOH 和0.1 mol/L的HCl調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為7，分別在溫度為20、35、50 ℃，轉(zhuǎn)速為150 r/min的恒溫?fù)u床振蕩12 h后取樣。

1.5.3 礦渣硅酸鹽水泥除磷單因素試驗(yàn)

為了探究初始pH值對礦渣硅酸鹽水泥磷吸附效果的影響，取100 mL質(zhì)量濃度為150 mg/L的KH2PO4溶液于250 mL的錐形瓶中，加入0.5 g礦渣硅酸鹽水泥，用0.1 mol/L的NaOH和0.1 mol/L的HCl調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為3、5、7、9、11，在25 ℃、轉(zhuǎn)速為150 r/min的恒溫?fù)u床振蕩12 h后取樣。

為了探究礦渣硅酸鹽水泥添加量對磷吸附效果的影響，分別稱取不同質(zhì)量的礦渣硅酸鹽水泥(0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g)若干份，置于100 mL質(zhì)量濃度為150 g/L的KH2PO4溶液的錐形瓶中，在25 ℃、轉(zhuǎn)速為150 r/min的恒溫?fù)u床振蕩12 h后取樣。

1.5.4 礦渣硅酸鹽水泥除磷正交試驗(yàn)

為了進(jìn)一步探究環(huán)境因素對礦渣硅酸鹽水泥磷吸附容量的影響順序，依據(jù)單因素吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇pH值、吸附劑用量、初始磷質(zhì)量濃度、吸附時間4個影響較大的因素，以及效果較好時的3個水平，進(jìn)行4因素3水平L9(34)正交試驗(yàn)，其中，因素A為pH值；因素B為吸附劑用量，g；因素C為初始磷質(zhì)量濃度，mg/L；因素D為吸附時間，h。因素水平表如表1所示。

表1 因素水平表

測樣時所取的上清液經(jīng)4 000 r/min離心10 min后，經(jīng)0.45 μm的濾膜過濾，測定殘余總磷的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 礦渣硅酸鹽水泥磷吸附前后微觀形態(tài)分析

圖1為礦渣硅酸鹽水泥磷吸附前后微觀形態(tài)。由圖1(a)可知，礦渣硅酸鹽水泥結(jié)構(gòu)比較松散破碎，表面粗糙多孔，該表面結(jié)構(gòu)有利于礦渣硅酸鹽水泥與吸附質(zhì)的接觸，大量的孔洞擴(kuò)大了其比表面積，有利于表面活性位點(diǎn)的吸附。如圖1(b)所示，磷吸附后礦渣硅酸鹽水泥孔隙減少, 表面變得相對光滑，且有明顯的結(jié)晶。這說明其在礦渣硅酸鹽水泥去除磷過程中扮演著重要的角色。

圖1 礦渣硅酸鹽水泥磷吸附前后微觀形態(tài)

2.2 礦渣硅酸鹽水泥磷吸附前后XRD表征

圖2為礦渣硅酸鹽水泥磷吸附前后的X射線衍射譜圖。礦渣硅酸鹽水泥在不同的2θ衍射峰不同，Jade6.5軟件分析表明其主要的化學(xué)成分為石英(SiO2)、方解石(CaCO3)、鈣鋁氧化物(Ca3Al2O6)、硅酸鈣(Ca2SiO4)、鈣鎂鋁硅酸鹽氧化物(Ca54MgAl2Si16O90)等。經(jīng)磷吸附后，可以看出礦渣硅酸鹽水泥中鈣、鋁等特征峰明顯減弱，說明鈣、鋁等活性物質(zhì)在其除磷過程中發(fā)揮了主要作用，且磷酸根通過化學(xué)吸附中的配位體交換反應(yīng)取代了金屬離子的羥基基團(tuán)。磷吸附后出現(xiàn)的硅酸鈣磷酸鹽(Ca2SiO4·0.05Ca3)特征峰也進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)論。

圖2 礦渣硅酸鹽水泥磷吸附前后XRD譜圖

2.3 吸附動力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析

礦渣硅酸鹽水泥的磷吸附動力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，礦渣硅酸鹽水泥對磷的吸附過程呈現(xiàn)出“快速吸附，緩慢平衡”的高效除磷特點(diǎn)(12 h去除率可達(dá)90.4%)。在0～4 h內(nèi)，隨著時間增加，礦渣硅酸鹽水泥對磷的吸附量增加較快。這是因?yàn)樵谖匠跗?，礦渣硅酸鹽水泥的活性位點(diǎn)較多，磷酸根能快速與其表面和孔隙中吸附位點(diǎn)發(fā)生吸附及配位體交換作用[17]，但隨著吸附時間的增加，礦渣硅酸鹽水泥上的活性位點(diǎn)不斷減少，吸附過程變得緩慢。在給水污泥中也發(fā)生了相似的磷吸附趨勢[11]。由圖3可知，和準(zhǔn)一級吸附動力學(xué)模型(R2=0.739)、簡單Elovich方程模型(R2=0.955)相比，準(zhǔn)二級吸附動力學(xué)模型(R2=0.999)能夠更好地描述吸附動力學(xué)結(jié)果，這說明吸附過程主要與化學(xué)吸附作用有關(guān)，即磷酸根與羥基的配位交換。準(zhǔn)二級動力學(xué)模型估計qe為28.571 mg/g,與動力學(xué)曲線的實(shí)驗(yàn)值27.088 mg/g比較接近。

圖3 礦渣硅酸鹽水泥磷吸附動力學(xué)曲線和動力學(xué)方程擬合曲線

在礦渣硅酸鹽水泥對磷的吸附過程中，主要有以下2個階段：第1階段線性區(qū)域描述膜內(nèi)擴(kuò)散;第2階段線性區(qū)域描述粒子內(nèi)擴(kuò)散。曲線的線性部分沒有穿過原點(diǎn)，說明磷酸鹽吸附機(jī)理復(fù)雜，實(shí)際吸附過程中既有表面吸附，也有顆粒內(nèi)擴(kuò)散，另外，對比kp1和kp2這2個擴(kuò)散常數(shù)，如圖3(d)所示，kp1是kp2的4.3倍，說明顆粒內(nèi)擴(kuò)散是吸附過程的決定性步驟[19]。綜上所述，整個吸附過程受邊界控制和化學(xué)吸附作用共同主導(dǎo)。

2.4 吸附等溫線實(shí)驗(yàn)分析

為進(jìn)一步探究礦渣硅酸鹽水泥的除磷機(jī)理，采用Langmuir和Freundlich吸附等溫模型對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。Langmuir吸附等溫線是一個理論公式，它認(rèn)為吸附劑在均勻固體表面形成一個單分子吸附層，不存在分子間的作用力；Freundlich吸附等溫線是描述多層吸附和非均勻表面吸附的經(jīng)驗(yàn)公式[20-21]，結(jié)果見表2。Langmuir和Freundlich吸附等溫模型的擬合系數(shù)R2均大于0.97，說明二者均能較好地描述礦渣硅酸鹽水泥對磷的吸附特征。相對來說，F(xiàn)reundlich方程擬合效果稍優(yōu)于Langmuir方程，可能是由于礦渣硅酸鹽水泥表面不均勻活性位點(diǎn)略強(qiáng)于均勻活性位點(diǎn)，這一結(jié)果與粉煤灰磷吸附趨勢一致[22]?？傊V渣硅酸鹽水泥對磷的吸附包括單分子層與多分子層吸附，但表面吸附位點(diǎn)不均勻。

表2 礦渣硅酸鹽水泥對磷的吸附等溫模型及相關(guān)參數(shù)

Freundlich常數(shù)KF在10～15之間變化很大，說明礦渣硅酸鹽水泥對磷的吸附能力變化很大[22]。n為表明吸附質(zhì)吸附強(qiáng)度的不均勻因素，隨著溫度的升高，n值越大，吸附力越強(qiáng)。由表2可知，Langmuir吸附等溫模型預(yù)估礦渣硅酸鹽水泥對磷的最大吸附量為47.303 mg/g，這一結(jié)果遠(yuǎn)大于準(zhǔn)二級動力學(xué)模型預(yù)估的28.571 mg/g。

2.5 礦渣硅酸鹽水泥除磷單因素試驗(yàn)分析

2.5.1 初始pH值對磷吸附效果的影響

如圖4所示，pH值會顯著影響礦渣硅酸鹽水泥對磷的吸附能力。隨著pH值增加，礦渣硅酸鹽水泥的磷吸附量先增加后減少，當(dāng)pH值等于7時，礦渣硅酸鹽水泥的吸附量達(dá)到最大值。這主要與其中金屬離子溶解、礦渣硅酸鹽水泥表面電荷、溶液中磷的形態(tài)有關(guān)[23]。隨著pH增加，溶液磷形態(tài)從H2PO4-到HPO42-再到PO43-依次變化。當(dāng)溶液為酸性時，溶液中H2PO4-占據(jù)主要形態(tài)，H+中和了吸附劑表面的負(fù)電荷，斥力減少，易于H2PO4-的吸附，但過酸條件會導(dǎo)致金屬離子的溶解，導(dǎo)致吸附能力下降[24]。pH值越高對礦渣硅酸鹽水泥的磷吸附抑制力越強(qiáng)，可能是隨著OH-的增多，礦渣硅酸鹽水泥中金屬離子表面負(fù)電荷增多，表面斥力增加，OH-與磷酸根離子競爭表面吸附位點(diǎn)。在考察給水廠污泥對磷的吸附特性實(shí)驗(yàn)中也出現(xiàn)了類似的現(xiàn)象[25]。此外，出水pH值表明，礦渣硅酸鹽水泥具有良好的緩沖特性，當(dāng)初始磷溶液pH值為3～11時，出水pH值從6.4緩慢增長到8.8。這主要與礦渣硅酸鹽水泥所含金屬離子表面的質(zhì)子化和去質(zhì)子化有關(guān)，當(dāng)溶液酸性時，H+與礦渣硅酸鹽水泥中金屬離子表面配位羥基基團(tuán)發(fā)生質(zhì)子化導(dǎo)致出水pH值升高；溶液堿性時，礦渣硅酸鹽水泥中金屬離子表面水分子去質(zhì)子化產(chǎn)生的H+導(dǎo)致出水pH值降低[23]。這進(jìn)一步表明礦渣硅酸鹽水泥吸附磷的主要機(jī)理是化學(xué)吸附中的配位體交換。

圖4 pH值對礦渣硅酸鹽水泥吸附磷酸鹽能力的影響

2.5.2 添加量對磷吸附效果的影響

為了探究礦渣硅酸鹽水泥的最佳添加量，圖5設(shè)置了不同的質(zhì)量濃度梯度，并得到了其相互關(guān)系。礦渣硅酸鹽水泥添加量從1 g/L增加到5 g/L時，磷的去除率從24%提高到90%，進(jìn)一步增加用量，磷的去除率從90%提高到99%增長較緩慢。與此對應(yīng)，隨著吸附劑質(zhì)量濃度的增加，磷吸附容量從37 mg/g逐漸下降到16 mg/g，這是因?yàn)殡S著礦渣硅酸鹽水泥投加量的增大，吸附位點(diǎn)相應(yīng)增加，對磷的吸附作用增強(qiáng)，導(dǎo)致磷去除率增加但平均到單位吸附劑的磷吸附量降低。考慮磷的去除效果(大于90%)和操作的經(jīng)濟(jì)性(吸附材料投加量少)，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，建議取5 g/L。

圖5 礦渣硅酸鹽水泥的質(zhì)量濃度對磷吸附能力的影響

2.6 礦渣硅酸鹽水泥除磷正交試驗(yàn)分析

以吸附容量為響應(yīng)并采用SPSS軟件對正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析。極差分析法作為正交設(shè)計中常用的分析方法之一，其直觀形象、簡單易懂，通過較為簡單的計算和分析判斷就能得出試驗(yàn)的優(yōu)化成果(主次因素、優(yōu)水平、優(yōu)搭配以及最優(yōu)組合)[26]。

試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，其中，因素A為pH值；因素B為吸附劑用量，g；因素C為初始磷質(zhì)量濃度，mg/L；因素D為吸附時間，h。在所設(shè)計試驗(yàn)因素水平范圍內(nèi)，pH值、吸附劑用量、初始磷質(zhì)量濃度、吸附時間4個因素在同等條件下對吸附容量的從大到小影響順序：初始磷質(zhì)量濃度、吸附劑用量、pH值、吸附時間。根據(jù)擬合結(jié)果，得到最佳反應(yīng)條件：pH值為7、吸附劑用量為0.5 g、初始磷質(zhì)量濃度為150 mg/L、吸附時間為18 h。由正交試驗(yàn)結(jié)果可以看出，12 h(13.283)與18 h(13.463)的極差相差較小(0.181)，說明吸附時間12 h與18 h對吸附容量的結(jié)果影響較小，在吸附動力學(xué)實(shí)驗(yàn)中也出現(xiàn)了相似的現(xiàn)象。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.7 吸附材料除磷能力比較

為進(jìn)一步比較礦渣硅酸鹽水泥與其他除磷材料的除磷效果，進(jìn)行了與給水污泥[11]、膨潤土[1]、麥飯石[27]、聚合硫酸鐵[28]、普通硅酸鹽水泥等常用材料的除磷效果對比實(shí)驗(yàn)。分別稱取0.5 g上述材料加入到100 mL磷質(zhì)量濃度為150 mg/L的溶液中，在25 ℃、150 r/min的恒溫?fù)u床中振蕩12 h后取樣，測定殘余磷含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。礦渣硅酸鹽水泥的吸附量達(dá)到27 mg/g，是給水污泥(9.689 mg/g)的2.8倍，是膨潤土(6.121 mg/g)的4.4倍，是麥飯石(4.064 mg/g)的6.67倍，是聚合硫酸鐵(4.946 mg/g)的5.44倍，是普通硅酸鹽水泥(19.790 mg/g)的1.37倍，說明礦渣硅酸鹽水泥的除磷能力遠(yuǎn)優(yōu)于其他材料的除磷能力。

圖6 不同吸附材料的磷吸附量比較

3 結(jié)論

(1)礦渣硅酸鹽水泥具有良好的除磷特性，在吸附動力學(xué)實(shí)驗(yàn)中磷的去除率可達(dá)90%以上，吸附量約為27 mg/g，準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型能較好地解釋其吸附動力學(xué)過程。除磷速率主要受化學(xué)反應(yīng)速率限制，顆粒內(nèi)擴(kuò)散是吸附過程中的決定性步驟。

(2)礦渣硅酸鹽水泥對磷的吸附等溫式既符合 Freundlich又符合 Langmuir等溫吸附模型，符合單分子層和多分子層吸附，且表面不均勻活性位點(diǎn)略強(qiáng)于均勻活性位點(diǎn)。Langmuir模型預(yù)估其最大磷吸附量可以達(dá)到47 mg/g。

(3)當(dāng)初始溶液pH值為7時，磷去除效果最好，酸性條件下的磷去除率大于堿性條件。礦渣硅酸鹽水泥中金屬離子表面水分子的質(zhì)子化和去質(zhì)子化使其具有較好的緩沖特性，可以有效中和過量酸或堿?；瘜W(xué)吸附中的配位體交換是主要的除磷機(jī)理。

(4)由正交試驗(yàn)結(jié)果可知，礦渣硅酸鹽水泥對高濃度含磷廢水的最佳工藝條件：pH值為7、吸附劑用量為0.5 g、初始磷質(zhì)量濃度為150 mg/L、吸附時間為18 h。影響因素按重要性從大到小排序：初始磷質(zhì)量濃度、吸附劑用量、pH值、吸附時間。

(5)礦渣硅酸鹽水泥適用于高濃度含磷廢水，也適用于pH值不穩(wěn)定的含磷廢水，是一種經(jīng)濟(jì)高效的磷吸附劑，具有廣泛的應(yīng)用前景。