鑭鎂改性海泡石微球?qū)诔羲w中磷的吸附性能評(píng)價(jià)

徐卓銳,陳超榮,田高峰,楊博文,葛 飛

(湘潭大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,湖南湘潭 411100)

黑臭水體是指呈現(xiàn)出令人不悅顏色、散發(fā)出令人不適氣味水體的統(tǒng)稱,嚴(yán)重影響人居環(huán)境并危害居民身心健康。新時(shí)期我國(guó)水環(huán)境治理等相關(guān)工作提出,全國(guó)縣級(jí)城市建成區(qū)到2025年要基本消除黑臭水體。磷是黑臭水體中的重要污染物,也是導(dǎo)致水體黑臭的關(guān)鍵影響因素之一[1-2]。當(dāng)水體中磷過(guò)量時(shí),容易引發(fā)藻類(lèi)暴發(fā)性繁殖等次生問(wèn)題,使水體溶解氧濃度降低[3-4],進(jìn)而導(dǎo)致水體發(fā)生黑臭現(xiàn)象。因此,如何實(shí)現(xiàn)綠色高效控磷,是當(dāng)前我國(guó)黑臭水體治理亟待解決的問(wèn)題。

在眾多除磷方法中,吸附法因具有綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前最具應(yīng)用前景的除磷方法之一。近些年來(lái),利用天然礦物合成高效除磷材料的研究主要有蒙脫土[5]、凹凸棒[6]、沸石[7]、海泡石[8]等。其中,海泡石是一種束狀或纖維狀的含水富鎂硅酸鹽黏土礦物,在我國(guó)儲(chǔ)量極為豐富,其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Mg8O30Si12(OH)4(OH2)4·8H2O[9],具有比表面積大、表面官能團(tuán)豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì),是一種理想的吸附材料[10-11]。但天然海泡石對(duì)磷的吸附容量偏低,且與磷的特異性結(jié)合能力不強(qiáng),一定程度上限制了海泡石在水體除磷方面的應(yīng)用。近年來(lái),研究發(fā)現(xiàn)利用金屬負(fù)載改性海泡石是提升其除磷能力的有效方法之一。Xiong等[12]研究了金屬Na/La負(fù)載低品位海泡石的除磷性能,發(fā)現(xiàn)負(fù)載金屬Na/La可大幅提升低品位海泡石的磷吸附容量。據(jù)此可知,金屬陽(yáng)離子改性是提升海泡石除磷能力的有效手段。其中,La和Mg因化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且對(duì)磷具有較強(qiáng)的選擇性,受到了廣泛關(guān)注。本課題前期研究也發(fā)現(xiàn),低La/Mg負(fù)載量即可顯著提升海泡石的磷吸附容量[13]。但需要指出的是,若將粉末態(tài)吸附材料直接用于水體除磷,則容易隨水流失、難以分離回收且沉降性差,這在一定程度上限制了其走向?qū)嶋H應(yīng)用[14]。

凝膠微球是一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子材料,較大的比表面積提供了更多的活性位點(diǎn),發(fā)達(dá)的孔道結(jié)構(gòu)提供了更多的停留空間[15]。近年來(lái),基于天然高分子材料制備凝膠微球吸附劑已在污水處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[16-17]。纖維素(MCC)和海藻酸鈉(SA)是自然環(huán)境中普遍存在的天然高分子材料,具有環(huán)境友好、來(lái)源廣泛以及表面官能團(tuán)豐富等特點(diǎn),常被用作凝膠微球的合成原料[18-23]。然而,由單一MCC或SA制得的凝膠微球存在機(jī)械強(qiáng)度較低以及在水中易溶解等缺點(diǎn),不利于實(shí)際應(yīng)用。有研究發(fā)現(xiàn)利用兩種性能互補(bǔ)的天然高分子材料制得的凝膠微球,具有比單一原料制備的凝膠微球更強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和韌性。例如,李延慶等[24]將MCC與SA共混制得的凝膠微球具備較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,并表現(xiàn)出良好的磷去除性能。

本研究擬采用共沉淀法制備鑭鎂改性海泡石粉體(La/Mg-SEP),并將其與MCC-SA溶液共混得到鑭鎂改性海泡石微球(La/Mg-SEPM),優(yōu)化各物料的質(zhì)量比,通過(guò)批量吸附試驗(yàn)考察了La/Mg-SEPM投加量、水樣pH、環(huán)境溫度和吸附時(shí)間等因素對(duì)磷吸附的影響,評(píng)估La/Mg-SEPM對(duì)實(shí)際黑臭水樣的除磷效率。并結(jié)合吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線模型以及電鏡能譜(SEM-EDS)、傅里葉紅外光譜(FTIR)等表征手段研究了La/Mg-SEPM對(duì)磷的吸附機(jī)理,以期促進(jìn)湘潭海泡石的資源化利用,為黑臭水體及水體富營(yíng)養(yǎng)化的治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用天然海泡石粉體材料產(chǎn)自湖南湘潭,海泡石含量為50%,另含有石英、滑石和方解石等雜質(zhì),由SiO2、MgO、CaO、Al2O3、Fe2O3和其他一些微量元素組成。試劑均為分析純,實(shí)驗(yàn)室用水為超純水。

1.2 材料制備

La/Mg-SEP的制備:分別稱取1.000 g 海泡石、0.156 g La(NO3)3·6H2O和2.091 g MgCl2·6H2O加至50 mL超純水中,攪拌均勻后,用1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值至11.0,持續(xù)攪拌4 h后抽濾,用超純水洗滌沉淀物直至沖洗液pH為中性,將過(guò)濾產(chǎn)物置于65 ℃烘箱干燥、研磨、過(guò)100目篩,即得La/Mg-SEP。

La/Mg-SEPM的制備:配制NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%、尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的混合溶液,持續(xù)攪拌下加入適量的MCC和SA,得到MCC-SA復(fù)合凝膠,然后加入一定量La/Mg-SEP,室溫下攪拌均勻,通過(guò)注射器將懸浮液滴入含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的CaCl2和5%HCl的混合溶液中,固化17 h,固液分離并用超純水反復(fù)清洗球體表面至中性,冷凍干燥后即得La/Mg-SEPM。參照上述制備過(guò)程不添加La/Mg-SEP即制得(MCC-SA)微球(MSM)。

1.3 材料表征

SEM-EDS觀察樣品微觀形態(tài)并對(duì)元素組成進(jìn)行分析;采用FTIR進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)分析。

1.4 試驗(yàn)部分

通過(guò)批量吸附試驗(yàn)考察La/Mg-SEPM中MCC、SA和La/Mg-SEP的質(zhì)量比、La/Mg-SEPM投加量、水樣pH以及環(huán)境溫度對(duì)TP去除的影響。TP濃度測(cè)定采用《水質(zhì) 總磷的測(cè)定 鉬酸銨分光光度法》(GB/T 11893—1989)。試驗(yàn)重復(fù)3次,并取平均值。

1.4.1 吸附試驗(yàn)

分別配制5組模擬水樣,使用1 mol/L HCl和1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為7.5。將不同質(zhì)量配比和不同投加量的La/Mg-SEPM,投入模擬水樣中,在25 ℃的靜置狀態(tài)下吸附48 h。隨后取一定量樣液,對(duì)比不同投加量下的TP去除率,從而得出La/Mg-SEPM的最佳組分質(zhì)量添加比和投加量。而后探究La/Mg-SEPM在水樣不同pH及環(huán)境溫度條件下對(duì)TP的吸附性能。

1.4.2 循環(huán)使用試驗(yàn)

將吸附完TP的La/Mg-SEPM收集,測(cè)定溶液中TP濃度,并將收集的La/Mg-SEPM加至150 mL物質(zhì)的量濃度為1 mol/L的NaOH溶液中,25 ℃、105 r/min振蕩24 h后,將完成脫附的La/Mg-SEPM再次用于TP吸附試驗(yàn),如此循環(huán)4次。吸附試驗(yàn)條件:La/Mg-SEPM投加量為1.0 g/L,初始pH值為7.5,TP質(zhì)量濃度為0.8 mg/L,試驗(yàn)環(huán)境溫度為25 ℃,轉(zhuǎn)速為105 r/min,時(shí)間為48 h。

1.5 沉降性能分析

樣品的沉降性能通過(guò)分光光度法測(cè)定渾濁度獲得。分別稱取0.2 g 海泡石、La/Mg-SEP和La/Mg-SEPM置于500 mL錐形瓶中,在其中加入200 mL超純水,置于搖床中,25 ℃和105 r/min振蕩48 h后,立即測(cè)定溶液的渾濁度。

1.6 城市黑臭水體水樣采集與分析

采集某城市某典型黑臭水體水樣1和2,其水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 某黑臭水體水樣水質(zhì)指標(biāo)

1.7 分析方法

1.7.1 吸附動(dòng)力學(xué)模型

準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型線性表達(dá)式如式(1)～式(2)。

lgqe-lg(qe-qt)=k1t

(1)

t/qt=1/k2qe2+t/qe

(2)

其中:qt——t時(shí)刻TP的吸附量,mg/g;qe——平衡時(shí)刻TP的吸附量,mg/g;k1——準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型吸附速率常數(shù),min-1;t——時(shí)間,min;k2——準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型吸附速率常數(shù),g/(mg·min)。

1.7.2 吸附等溫線模型

Langmuir和Freundlich等溫吸附模型線性表達(dá)式如式(3)～式(4)。

qe=qmKLCe/(1+KLCe)

(3)

lgqe=lgKF+lg(Ce/n)

(4)

其中:Ce——TP的平衡質(zhì)量濃度,mg/L;qm——TP的最大吸附量,mg/g;KL——Langmuir吸附平衡常數(shù),L/mg;KF——Freundlich吸附平衡常數(shù),mg1-1/n·L1/n·g-1;n——非均值系數(shù)。

1.7.3 數(shù)據(jù)的差異性分析

所有數(shù)據(jù)以平均值形式表示,包含3個(gè)平行。使用SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)軟件處理數(shù)據(jù),進(jìn)行單因素ANOVA檢驗(yàn)確定組間差異。p<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,用小寫(xiě)字母(a、b、c、d、e)表示。

2 結(jié)果和討論

2.1 La/Mg-SEPM對(duì)磷的吸附性能

2.1.1 La/Mg-SEPM的制備優(yōu)化及La/Mg-SEPM投加量對(duì)吸附性能的影響

基于成本優(yōu)先以及凝膠微球中活性組分(La/Mg-SEPM)處于良好分散狀態(tài)的原則,設(shè)置了5種不同物料配比,探究MCC、SA和La/Mg-SEP的添加量對(duì)La/Mg-SEPM磷吸附性能的影響。如圖1(a)所示,當(dāng)MCC、SA、La/Mg-SEP在La/Mg-SEPM中的質(zhì)量配比為2∶2∶1時(shí),La/Mg-SEPM的除磷效果最佳;反應(yīng)第24 h的差異性分析結(jié)果[圖1(b)]表明,不同試驗(yàn)組之間表現(xiàn)出顯著性差異,造成這種差異的原因可能是La/Mg-SEP添加量過(guò)高時(shí)會(huì)發(fā)生團(tuán)聚,不利于其在MCC-SA混合凝膠中的分散,并將堵塞凝膠微球的網(wǎng)格孔隙結(jié)構(gòu),限制其發(fā)揮出最大除磷能力[25]。因此,La/Mg-SEPM中MCC、SA和La/Mg-SEP的最佳質(zhì)量配比為2∶2∶1。

圖1 (a)La/Mg-SEPM組分質(zhì)量配比對(duì)TP去除的影響及(b)反應(yīng)第24 h的差異性分析圖;(c)投加量對(duì)TP去除的影響及(d)相應(yīng)的差異性分析圖

La/Mg-SEPM投加量對(duì)磷吸附過(guò)程的影響如圖1(c)所示,TP去除量隨著La/Mg-SEPM投加量的增加而逐漸增加,La/Mg-SEPM投加量為1.0 g/L時(shí),處理后的水樣TP質(zhì)量濃度為0.11 g/L,但La/Mg-SEPM投加量從0.8 g/L增加至1.0 g/L,TP的去除量增加不明顯。這是吸附劑用量增加會(huì)導(dǎo)致體系中活性位點(diǎn)數(shù)量的增加,因而更多的磷可以被吸附去除,但吸附劑過(guò)量時(shí)體系中磷吸附位點(diǎn)也處于過(guò)剩狀態(tài),對(duì)水樣TP的去除提升不明顯[26]。此外,對(duì)反應(yīng)第72 h的差異性分析結(jié)果[圖1(d)]顯示,不同試驗(yàn)組之間表現(xiàn)出了顯著性差異?？紤]到使用成本,后續(xù)試驗(yàn)選擇La/Mg-SEPM投加量為1.0 g/L。

2.1.2 水樣pH和環(huán)境溫度對(duì)La/Mg-SEPM吸附性能的影響

pH和環(huán)境溫度是影響La/Mg-SEPM吸附磷的兩個(gè)重要因素。由圖2(a)可知,La/Mg-SEPM可將pH值為5～9的水樣中的TP質(zhì)量濃度控制在0.2 mg/L以下,達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)地表水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),表明La/Mg-SEPM具備較寬的pH適用范圍。圖2(b)顯示,隨著溫度的升高La/Mg-SEPM對(duì)TP的去除率逐漸上升后下降,當(dāng)環(huán)境溫度為10 ℃時(shí),去除效率達(dá)到最大,處理后水樣TP質(zhì)量濃度降至0.15 mg/L,達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002)。當(dāng)環(huán)境溫度繼續(xù)升高時(shí),La/Mg-SEPM對(duì)TP的去除率開(kāi)始下降,這可能是由于:(1)溫度升高,能夠促進(jìn)磷酸鹽向吸附劑表面的擴(kuò)散過(guò)程,進(jìn)而提高除磷效率;(2)當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),吸附在La/Mg-SEPM表面的磷酸根可能會(huì)發(fā)生脫附,從而導(dǎo)致TP去除率下降[26]。

圖2 La/Mg-SEPM吸附TP的影響

2.1.3 吸附動(dòng)力學(xué)

圖3為L(zhǎng)a/Mg-SEPM和海泡石對(duì)TP的吸附動(dòng)力學(xué)曲線,由圖3可知,海泡石對(duì)TP的吸附容量顯著低于La/Mg-SEPM。在0～72 h內(nèi),La/Mg-SEPM對(duì)TP的吸附量迅速增加;在72～120 h內(nèi),La/Mg-SEPM的表面吸附位點(diǎn)被大量占據(jù),吸附接近飽和,導(dǎo)致吸附速率變緩,并最終在120 h達(dá)到吸附平衡。

圖3 La/Mg-SEPM和SEP對(duì)TP的吸附動(dòng)力學(xué)曲線

為了進(jìn)一步探討La/Mg-SEPM及海泡石對(duì)水體中磷的吸附機(jī)理,采用準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。擬合結(jié)果及相關(guān)參數(shù)如表2所示,準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型均能很好地描述La/Mg-SEPM對(duì)磷的吸附過(guò)程,其中準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算得到的平均吸附量qe與試驗(yàn)結(jié)果更為接近,其理論吸附量為21.028 mg/g,說(shuō)明La/Mg-SEPM對(duì)TP的吸附主要受化學(xué)吸附機(jī)理控制[27-28];海泡石對(duì)TP的理論吸附量為1.910 mg/g,相較于海泡石,La/Mg-SEPM對(duì)TP的理論吸附量提升至11倍。不同材料對(duì)磷的吸附性能比較如表3所示,通過(guò)對(duì)比最大吸附容量、吸附速率及投加量,La/Mg-SEPM在顆粒態(tài)除磷材料中具備一定優(yōu)勢(shì)。

表2 La/Mg-SEPM和海泡石吸附TP的動(dòng)力學(xué)模型擬合參數(shù)

表3 不同材料的吸附性能比較

2.1.4 吸附等溫線

La/Mg-SEPM對(duì)TP的吸附等溫線如圖4所示,當(dāng)磷平衡濃度較低時(shí),吸附量隨著TP濃度的增加而快速增加,而后吸附量的增速變緩,并逐漸趨向飽和。

圖4 La/Mg-SEPM對(duì)TP的吸附等溫線

采用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。由表4可知,Langmuir等溫吸附模型擬合結(jié)果的R2要高于Freundlich等溫吸附模型,且Langmuir等溫吸附模型的最大吸附容量也更加接近實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù),說(shuō)明La/Mg-SEPM對(duì)磷的吸附過(guò)程為單層吸附。

表4 La/Mg-SEPM對(duì)TP的吸附等溫?cái)M合結(jié)果

2.1.5 La/Mg-SEPM的循環(huán)使用性能

為了進(jìn)一步考察La/Mg-SEPM的循環(huán)使用性能,進(jìn)行了循環(huán)試驗(yàn)。由圖5可知,經(jīng)過(guò)4次循環(huán)使用后,La/Mg-SEPM仍可將水樣中TP質(zhì)量濃度降至0.2 mg/L以下,達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002)中對(duì)TP的限定值。循環(huán)使用過(guò)程中La/Mg-SEPM對(duì)磷的去除效率始終穩(wěn)定在75%左右,沒(méi)有明顯的下降,表明La/Mg-SEPM具備較好的循環(huán)使用性能,其原因在于MCC-SA凝膠基質(zhì)構(gòu)建的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)La/Mg-SEP的有效固定,使其不易隨水流失,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中磷的高效穩(wěn)定去除。

圖5 La/Mg-SEPM吸附TP的循環(huán)使用性能

2.1.6 La/Mg-SEPM的沉降性能

研究對(duì)比了SEP、La/Mg-SEP和La/Mg-SEPM的沉降性能,結(jié)果如圖6所示。開(kāi)始沉降的瞬間,海泡石、La/Mg-SEP和La/Mg-SEPM在水溶液中的渾濁度分別為348、274 NTU和3 NTU,表明海泡石、La/Mg-SEP均造成了水樣較高的渾濁度,而La/Mg-SEPM基本不會(huì)產(chǎn)生水樣渾濁度。當(dāng)沉降時(shí)間為9 h時(shí),海泡石、La/Mg-SEP和La/Mg-SEPM在水溶液中的渾濁度分別為21、11 NTU和1 NTU,此時(shí)沉降過(guò)程基本結(jié)束。通過(guò)對(duì)比海泡石、La/Mg-SEP和La/Mg-SEPM的沉降性能,海泡石和La/Mg-SEP造成水溶液中渾濁度增加的原因在于粉體材料易隨水流流失,而將La/Mg-SEP凝膠化制備得到La/Mg-SEPM,實(shí)現(xiàn)了對(duì)La/Mg-SEP的固定化,有效克服了粉體材料沉降性差、易隨水體流失的缺點(diǎn),有利于吸附材料的回收利用。

圖6 海泡石、La/Mg-SEP和La/Mg-SEPM的沉降曲線

2.1.7 對(duì)實(shí)際黑臭水體的除磷效果評(píng)價(jià)

La/Mg-SEPM對(duì)實(shí)際輕度黑臭水樣中磷酸鹽和TP的吸附效果如圖7(a)和圖7(b)所示,經(jīng)La/Mg-SEPM處理后,實(shí)際輕度黑臭水樣中TP和磷酸鹽質(zhì)量濃度分別為0.20 mg/L和0.18 mg/L。對(duì)實(shí)際重度黑臭水樣中磷酸鹽和TP的吸附效果如圖7(c)和圖7(d)所示,試驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)La/Mg-SEPM處理后的TP和磷酸鹽質(zhì)量濃度分別為0.14 mg/L和0.11 mg/L。輕度與重度黑臭水樣中TP濃度均達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002)。

圖7 La/Mg-SEPM對(duì)實(shí)際黑臭水樣中磷酸鹽和TP的去除效果

2.2 La/Mg-SEPM的磷吸附機(jī)理

2.2.1 SEM-EDS

圖8為MSM和吸附磷前后La/Mg-SEPM的SEM-EDS圖。MSM呈現(xiàn)出平滑的片層狀結(jié)構(gòu),吸附前的La/Mg-SEPM呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu),且表面粗糙,這是添加了La/Mg-SEP造成的,吸附磷后La/Mg-SEPM表面存在堆積現(xiàn)象,這可能是由于磷與La/Mg絡(luò)合沉淀所致,且吸附前后材料結(jié)構(gòu)無(wú)明顯變化,說(shuō)明La/Mg-SEPM具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[25]。通過(guò)EDS能譜結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了La/Mg-SEPM表面磷的存在。

圖8 SEM-EDS圖像

2.2.2 FTIR

為了探究La/Mg-SEPM的除磷機(jī)理,采用FTIR測(cè)試了MSM及吸附磷前后的La/Mg-SEPM。測(cè)試結(jié)果如圖9所示,MSM的FTIR圖譜,在1 631 cm-1和1 429 cm-1的峰為SA中C=O的對(duì)稱伸縮振動(dòng)和非對(duì)稱伸縮振動(dòng)[31]。1 061 cm-1為MCC的C-O伸縮振動(dòng)。吸附磷前的La/Mg-SEPM FTIR圖譜,在1 426、1 026 cm-1和3 697 cm-1處出現(xiàn)了新的特征峰,其中1 426、1 026 cm-1為SA及MCC的特征峰偏移,3 697 cm-1為海泡石八面體層中Mg-OH的羥基伸縮振動(dòng)吸收峰[32],表明MSM與La/Mg-SEP成功結(jié)合在一起。吸附磷后La/Mg-SEPM FTIR圖譜,在3 697 cm-1處的O-H吸收峰減弱,且在876 cm-1處出現(xiàn)了新的P-O-Mg的特征吸收峰,這可能是因?yàn)長(zhǎng)a/Mg-SEPM中的-OH與磷酸鹽發(fā)生了配體交換。同時(shí),468 cm-1處La-O吸收峰增強(qiáng),可能是La/Mg-SEPM上的鑭與磷酸根發(fā)生了化學(xué)沉淀吸附所致[31]。

圖9 MSM和吸附磷前后La/Mg-SEPM的FTIR圖譜

2.3 La/Mg-SEPM的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

在前期研究工作中,以實(shí)驗(yàn)室試劑價(jià)格對(duì)制備La/Mg-SEP所需的SEP、La(NO3)3·6H2O、MgCl2·6H2O和NaOH等原料進(jìn)行了成本核算,得出制備1 kg La/Mg-SEP吸附材料的生產(chǎn)成本約為3.937元[13]。在此,進(jìn)一步對(duì)本研究中制備La/Mg-SEPM所需的La/Mg-SEP、SA、MCC、NaOH、尿素、CaCl2和HCl等原料進(jìn)行了成本核算,詳情如表5所示。由吸附動(dòng)力學(xué)擬合結(jié)果所得出的La/Mg-SEPM最大吸附量可知,用La/Mg-SEPM處理1 t TP質(zhì)量濃度為1 mg/L的黑臭水體所需吸附劑的制備成本為1.284 2元。

表5 La/Mg-SEPM制備原料成本估算

3 結(jié)論

(1)當(dāng)MCC、SA、La/Mg-SEP在La/Mg-SEPM中的質(zhì)量配比為2∶2∶1,La/Mg-SEPM投加量為1.0 g/L時(shí),La/Mg-SEPM對(duì)TP的最大吸附量達(dá)21.03 mg/g,較海泡石的最大吸附量提高至11倍。

(2)La/Mg-SEPM在水樣pH值為5～9、環(huán)境溫度為5～25 ℃時(shí),La/Mg-SEPM能實(shí)現(xiàn)對(duì)黑臭水體中磷的高效去除,且沉降性能良好,重復(fù)使用4次后仍能將水樣中TP質(zhì)量濃度控制在0.2 mg/L以內(nèi),表明具有良好的循環(huán)使用穩(wěn)定性。

(3)La/Mg-SEPM對(duì)實(shí)際輕度與重度黑臭水樣表現(xiàn)出較好的除磷能力,處理后的兩類(lèi)實(shí)際黑臭水樣TP均可達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002)限值。

(4)La/Mg-SEPM對(duì)磷的吸附主要為化學(xué)吸附控制的單層吸附過(guò)程,磷吸附機(jī)制主要包括配體交換和表面沉淀。