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磷是地球上生物体不可短少的主要元素之一，存在正磷酸盐、偏磷酸盐、有机磷等多种方式。通常以为，磷元素是植物生长的限制要素。水体中含磷量过高会造成水体富营养化问题。但是，由于外界向环境大量排放超标含磷污水，使得世界范围内(包括我国)水体富营养化污染十分严重、普遍。磷有着不同于氮、硫的性质，无论它的氧化态还是复原态都不可能成为气态而被排放到空气中。因而，各种除磷办法，其原理都是经过把污水中的磷转化为固体物(或原固体物的一局部)而将磷除去。目前，常用含磷污水处置技术有：(1)化学除磷法是采用最早、运用最普遍的一种除磷办法。化学除磷的根本原理是经过投加化学药剂构成不溶性磷酸盐沉淀物，然后经过固液别离从污水中去除。(2)吸附法除磷是应用某些多孔或大比外表积的固体物质对水中磷酸根离子的亲和力来完成的废水除磷过程。磷经过在吸附剂外表的物理吸附、离子交流或外表沉淀过程，完成磷从废水中的别离，并可进一步经过解吸处置回收磷资源。(3)生物法除磷技术是基于聚磷菌在厌氧条件下释放磷及在好氧条件下摄取磷的原理，经过好氧-厌氧的交替运转来完成除磷的办法。由于吸附法具有处置效果好、工艺简单、操作便当、节约占地面积等优点，在含磷工业污水处理中备受关注。矿物材料具有孔隙多、比外表积大和极性强等优点，特殊的胶体性能和晶体构造又使其具备良好的离子交流性能和外表吸附性能。正是由于具有这些优良的性能，矿物材料逐步成为高效吸附材料开发的热点，本文主要研讨矿物材料及给水处置设备沉降泥渣的吸附除磷性能，以期挑选可应用于处置含磷污水的粘土矿物吸附材料提供科学根据。
一、实验过程
1.1 主要实验材料及仪器
泥渣(电厂廓清池排泥脱水、枯燥，根本组成：Al2O318.6%、Fe2O39.9%、SiO242.5%、CaO6.3%、MgO1.7%、烧失量19.3%);粉煤灰(取自火电厂，根本组成：AI2O324.4%、Fe2O35.5%、SiO258.5%、CaO5.0%，MgO1.6%、烧失量3.8%)、高岭土(市售，根本组成：AI2O337.9%、Fe2O30.65%、CaO0.03%、MgO0.09%、SiO244.6%、烧失量16.9%);模仿水样采用KH2PO4(剖析纯)配制，先配1000mg/L的贮备液，运用时以除盐水稀释至所需浓度。原水水样为某城市污水处置厂二级出水，水质状况为：总磷酸盐(以PO4 3-计)7.4mg/L、CODcr70mg/L、SS46mg/L。
主要运用的仪器有回转式恒温调速摇瓶柜(上海欣蕊自动化设备有限公司)、可见分光光度计(WFJ7200尤尼科(上海)仪器有限公司)。
水中磷的测定采用钮铢抗分光光度法。
1.2 吸附速度实验
精确称取30mg泥渣等吸附材料于6个250mL锥形瓶，在锥形瓶中参加100mL含磷模仿水样。将锥形瓶放到震荡器中，在200r/min的速度下，分别震荡2、5、10、20、40、60min。取出后立即用慢速滤纸实行过滤，然后测定滤液中磷含量。
1.3 吸附除磷性能实验
精确称取10、20、30、50、100mg泥渣等吸附材料于6个250mL锥形瓶，分别在6个锥形瓶中参加100mL实验水样。将锥形瓶放到震荡器中，在200r/min的速度下震荡60min。取出后立即用慢速滤纸实行过滤，然后测定滤液中磷含量(Ce)。将测得的均衡浓度Ce代入式(1)计算得吸附容量qe：
二、结果与讨论
2.1 吸附材料对磷吸附速度
吸附材料对水中磷的吸附速度实验结果如图1和图2所示。
从图1和图2中可看出，三种吸附材料随着吸附过程的开端就能大量吸附溶液中的磷，这样的吸附行为应该是由于这几种吸附材料都含有大量的金属氧化物、且有较大比外表积，加速了磷的相转移过程。泥渣、粉煤灰和高岭土对磷的吸附都能快速完成。泥渣在较短时间内(5min)已完成了对磷大量的吸附而趋向吸附均衡，粉煤灰和高岭土对磷的吸附需求20min趋向吸附均衡，吸附均衡时剩余磷的浓度都降到了0.5mg/L以下。在模仿水样和实践水样中，都是泥渣对水中磷的吸附速度明显快于粉煤灰和高岭土。这类吸附材料能在较短的时间内趋向吸附均衡，有利于提升水中磷的吸附去除效率。
2.2 吸附材料对磷的吸附性能
吸附材料对水中磷的吸附等温线实验结果如图3和图4所示。
从图3和图4中可看出，在模仿水样和实践水样中，泥渣对水中磷的吸附性能(吸附容量)都明显高于粉煤灰和高岭土。粉煤灰和高岭土对实践水样中磷的吸附性能(吸附容量)要明显差于对模仿水样中磷的吸附性能(吸附容量)，而泥渣对水中磷的吸附性能(吸附容量)在模仿水样和实践水样中没有明显的差别，这应该是与吸附材料的构造和组成成分上的差别有关。
磷吸附去除材料是经过吸附固定和化学沉淀反响来到达有效地去除磷的目的。研讨标明：(1)合适PO4 3-吸附的金属氧化物，金属氧化物的外表是重要的PO4 3-离子的吸附位，其吸附通常是与金属氧化物外表构成络合物或构成化学键而完成的；(2)含铁、钙物质，其作用是提供铁、钙源及磷酸铁、磷酸钙沉淀的活性外表。当铁、钙含量高的材料参加反响混合物时，磷的吸附容量有所提升。
高岭土矿物材料，是二八面体1：1型层状硅酸盐矿物，它以极微小的微晶或隐晶状态存在，并且致使密块状或土状汇合体呈现，晶体属三斜晶系的层状构造硅酸盐矿物，成分较简单，只要少量Fe、Ca、Mg等替代八面体中的Al，Al的含量较高。它具有较大的比外表积、吸附容量和良好的吸附性能。粉煤灰是一种多孔性松懈固体汇合物，其单体是由Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SiO2和一些微量元素组成的海绵状和空心球状的细小颗粒，粉煤灰的多孔构造使它具有较大的比外表积和较好的吸附才能。从粉煤灰的理化性能来看，粉煤灰处置污水主要是经过吸附作用。影响粘土矿物材料磷理论饱和吸附量的主要要素是钙、镁含量和胶体氧化铁及氧化铝的含量，粘土材料和粘土吸附磷的过程中物理吸附的同时，化学吸附作用影响较大。
泥渣、粉煤灰和高岭土三种吸附材料的构造和组成成分类似，都有较大的吸附外表积，都主要由铝、铁、钙、镁和硅的氧化物组成，只是高岭土中铁、钙、镁氧化物含量最低，其吸附除磷主要依托物理吸附，化学吸附作用小一些。而泥渣中铁、钙、镁氧化物含量最多，因而，泥渣对水中磷的吸附不只有物理吸附，还有较多的化学吸附存在，而且，电厂廓清池中添加有铁盐混凝剂，使沉降泥渣中含铁化合物更多些，与磷(磷酸根)反响生成更多溶解度较小的磷酸铁类物质，从而进一步提升了泥渣对水中磷的吸附才能。
2.3 吸附材料对磷的去除效果
吸附材料对水中磷的吸附去除效果如图5和图6所示。
从图5和图6中可看出，模仿水样中，较大的吸附材料投加量都能取得高的磷去除率可到达99.1%，0.2g/L的泥渣和粉煤灰投加量，磷的去除率就可到达98%，低剂量时，高岭土对磷的去除率明显小一些。实践水样中，同样是较大的吸附材料投加量都能取得高的磷去除率可到达99.0%，0.2g/L的泥渣投加量，磷的去除率就可到达98.1%，而低剂量时，0.2g/L的粉煤灰和高岭土投加量，磷的去除率仅到达77.2%o泥渣与粉煤灰和高岭土对实践水样中磷去除率的差别要明显大于模仿水样。这就阐明了，泥渣对实践水样中磷有着较好的去除效果。
三、结论
(1)粉煤灰和高岭土能在20min后趋向吸附均衡，完成对磷的吸附，含有铁化合物的沉降泥渣对水中磷的吸附速度明显快于其它矿物材料(粉煤灰和高岭土)，5min即可完成对磷的大量吸附而趋向吸附均衡。
(2)含较多铁化合物的沉降泥渣对水中磷的吸附才能好于其它矿物材料(粉煤灰和高岭土)，较低剂量处置实践水样时，0.2g/L的泥渣投加量，磷的去除率就高达98.1%，而0.2g/L的粉煤灰和高岭土投加量，磷的去除率仅到达77.2%。
