類水滑石吸附和藍鐵石沉淀回收污水中磷的研究.pdf

1、本文以實現(xiàn)污水中磷的回收為目的，針對城鎮(zhèn)集中式污水和農(nóng)村分散式污水處理技術(shù)的不同特點和現(xiàn)狀，研究和開發(fā)了分別適用于從這兩類主要污水中去除和回收磷的新技術(shù)方法。
　　對于城鎮(zhèn)污水處理過程中磷濃度較高的污泥脫水液，制備了 ZnAl系列類水滑石化合物用于磷的吸附和回收；通過優(yōu)化制備條件和磷吸附條件、摻雜La合成三元類水滑石等方法提高了類水滑石吸附劑的磷吸附性能；對于磷吸附后的類水滑石考察了磷解吸和回收的有效方法；最后，通過結(jié)合類水滑石結(jié)

2、構(gòu)和磷吸附性能的關(guān)系、磷吸附動力學(xué)和等溫線等對類水滑石的磷吸附機理進行了探討。
　　結(jié)果表明，類水滑石的金屬組成和比例以及制備條件對其磷吸附性能有顯著影響。本文所考察的一系列類水滑石中，Zn:Al摩爾比為2:1、制備溫度為70℃、共沉淀劑為20％ NaOH、陳化時間為6 h時制得并經(jīng)300℃焙燒的ZnAl類水滑石磷吸附性能最好。ZnAl-300在水樣pH6～11范圍內(nèi)具有較好的穩(wěn)定性和較高的磷吸附性能；單位質(zhì)量類水滑石的磷吸附量隨

3、水中初始磷濃度的升高而增加，隨吸附劑投加量的增加而減小；振蕩作用可使 ZnAl-300的磷吸附過程加快；污泥脫水液中的無機陰離子對磷酸根在 ZnAl-300上的吸附存在一定的競爭作用。
　　Zn:Al:La摩爾比為2.0:0.9:0.1時制備得到的三元類水滑石在24 h內(nèi)的磷吸附量為35.15 mg P·g-1，與二元 ZnAl的磷吸附量相比提高了41.9％。XRD測試結(jié)果表明，適量 La的加入在保持 ZnAl類水滑石結(jié)構(gòu)的條件下

4、，降低了其結(jié)晶度，增加了表面不規(guī)則度，有利于磷酸根的吸附；同時，大原子半徑La的摻雜也增加了 ZnAl的層間距，有利于磷酸根進入與層間陰離子進行交換。ZnAlLa（摩爾比為2.0:0.9:0.1）類水滑石經(jīng)300℃焙燒后，其24 h磷酸根吸附量達56.92 mg P·g-1，約為焙燒前的1.48倍。此外，與二元 ZnAl-300相比，ZnAlLa-300對溶液中磷酸根的吸附選擇性有較大增強。
　　5％ NaOH溶液是比較適合的磷解

5、吸液，其磷解吸率可達80.57％。對于堿性的富磷解吸液，投加氯化鈣結(jié)晶生成穩(wěn)定的羥基磷灰石（Ca5OH(PO4)3）是比較理想的磷回收路線。實驗結(jié)果表明，在 pH大于10.5、Ca:P為2.0時，反應(yīng)30 min后磷回收率可達90％以上。
　　類水滑石的磷吸附動力學(xué)分析表明，La的摻雜增加了類水滑石吸附劑和水中磷的親和性；同時，準二級動力學(xué)方程對各類水滑石磷吸附動力學(xué)數(shù)據(jù)的擬和效果很好。不同類水滑石吸附劑在不同溫度下的磷吸附等溫線

6、均更符合Langmuir模型，ZnAlLa-300的磷吸附等溫線表明其對水中磷的吸附是一個吸熱過程。通過分析類水滑石的結(jié)構(gòu)、磷吸附性能和磷吸附過程之間的關(guān)系，可認為 ZnAlLa-300對污泥脫水液中磷酸根的吸附作用是物理吸附、類水滑石焙燒物再水合時的陰離子插層作用、離子交換和表面配合等過程的綜合。
　　對于農(nóng)村生活污水常見的化糞池處理系統(tǒng)，本文考察了投加無定形FeOOH（A-FeOOH）并通過三價鐵還原誘導(dǎo)生成藍鐵石沉淀去除污水

7、中可溶性磷的可行性；然后采用厭氧序批式反應(yīng)器（ASBR）模擬化糞池系統(tǒng)進行連續(xù)除磷實驗，考察了不同工藝條件對鐵還原誘導(dǎo)除磷的影響；此外，通過考察系統(tǒng)中磷去除涉及的各個子反應(yīng)過程、表征磷去除的最終產(chǎn)物以及建立鐵、磷的物料衡算，對三價鐵還原和誘導(dǎo)除磷的機理進行解析。
　　結(jié)果表明，投加 A-FeOOH可有效去除化糞池污水中的可溶性 PO4-P，水中PO4-P的去除和Fe(Ⅲ)的還原反應(yīng)密切關(guān)聯(lián)，去除率隨著 A-FeOOH投加量的增加明

8、顯增加。鐵還原誘導(dǎo)藍鐵石沉淀除磷的連續(xù)流 ASBR系統(tǒng)可以在10 d左右快速啟動。Fe:P（投加 Fe量和進水中可溶性 PO4-P的摩爾比）為1.5時，水中可溶性 PO4-P的去除率為45％左右；Fe:P提高至3時，可溶性 PO4-P可基本去除。在100 rpm和50 rpm的攪拌條件下，ASBR中投加的A-FeOOH可以得到完全還原，水中的可溶性 PO4-P可基本去除；無攪拌（靜置）狀態(tài)時，鐵還原和可溶性 PO4-P去除均不完全。AS

9、BR的周期時長在1～3 d時，反應(yīng)器穩(wěn)定后出水可溶性 Fe(Ⅱ)濃度沒有明顯差別，可溶性 PO4-P基本得到去除；周期時長縮短為0.5 d對反應(yīng)器中A-FeOOH的還原和磷去除有輕微影響。溫度降至18℃、有機負荷降至0.2 kg·d-1·m-3對 ASBR中Fe(Ⅲ)的還原及可溶性PO4-P去除基本沒有影響。
　　鐵還原誘導(dǎo)除磷各子過程的靜態(tài)實驗結(jié)果表明，A-FeOOH和厭氧污泥對水中的可溶性PO4-P具有一定的吸附效果，但不是系

10、統(tǒng)中磷去除的主要途徑；A-FeOOH中Fe(Ⅲ)向可溶性Fe(Ⅱ)的轉(zhuǎn)化是一個經(jīng)厭氧污泥作用的生物還原過程；活性厭氧污泥對Fe(Ⅲ)的生物還原則引起了可溶性PO4-P的完全去除。
　　ASBR運行208 d后，在反應(yīng)器底部收集到一定量嵌著藍黑色顆粒的橢球形沉淀物和零散存在的藍黑色小顆粒。SEM-EDS、XRD分析表明，這些藍黑色顆粒的成分為新增物相藍鐵石晶體。通過物料衡算法得到磷、鐵在 ASBR中的累積量與HCl提取測定法得到的累