人工濕地除磷基質(zhì)篩選及其吸附機理研究.pdf

1、通過等溫吸附試驗，研究了沸石、干渣、頁巖陶粒、礫石、白云石和鋼渣六種人工濕地基質(zhì)材料對溶液中磷的吸附去除特征，考察了溶液濃度、基質(zhì)粒度、pH值、銨根離子、有機質(zhì)和無機陰離子等多種因素對基質(zhì)吸附除磷作用的影響；通過吸附動力學(xué)試驗，考察了六種基質(zhì)對溶液中磷的吸附動力學(xué)特征，分析了溫度、基質(zhì)粒度和溶液濃度對基質(zhì)吸附除磷動力學(xué)過程的影響；通過動態(tài)吸附試驗，進一步考察了基質(zhì)的吸附除磷能力。在此基礎(chǔ)上，篩選出適宜的人工濕地基質(zhì)材料，考察其飽和吸附磷

2、后的解吸釋磷情況。對于除磷能力較差的基質(zhì)，通過改性試驗，提高了它們的除磷能力。最后，從吸附熱力學(xué)、平均吸附能、飽和基質(zhì)磷形態(tài)分析等角度探討了基質(zhì)的吸附除磷機理。 等溫吸附實驗表明，Langmuir方程與Freundlich方程均能很好地描述沸石、干渣、礫石和頁巖陶粒四種基質(zhì)對磷的吸附等溫特征：Langmuir方程能夠比Freundlich方程更好地描述白云石對磷的吸附等溫特征；鋼渣對磷的吸附等溫特征符合Langmuir吸附等溫

3、模型，但不符合Freundlich模型。六種基質(zhì)相比較，鋼渣對磷的理論飽和吸附量最大，為3.55×10<'4>mg/kg，其次是干渣、頁巖陶粒、礫石和沸石，白云石對磷的理論飽和吸附量最小，僅為14.51 mg/kg。 pH值對基質(zhì)吸附除磷作用的影響較大：隨著pH值的增加，頁巖陶粒對磷的吸附量顯著降低。對鋼渣和干渣而言，pH值<9時，磷吸附量隨pH值的增大而減小，pH值在9左右，磷吸附量達(dá)到最小，pH值>9時，磷吸附量顯著增加。

4、白云石、沸石和礫石三種基質(zhì)的吸附除磷作用受pH值影響較小。 吸附動力學(xué)實驗表明：準(zhǔn)二級動力學(xué)模型對六種基質(zhì)吸附除磷動力學(xué)過程的描述最為準(zhǔn)確，一級動力學(xué)模型次之，Elovich方程和雙常數(shù)方程略差。應(yīng)用準(zhǔn)二級動力學(xué)模型計算出相同條件下，六種基質(zhì)對磷的最大吸附速率V<,max>，依次為：鋼渣》干渣>沸石>頁巖陶?！莅自剖?礫石。 吸附熱力學(xué)研究表明：基質(zhì)吸附除磷過程中，系統(tǒng)的△G<'0><0，△H<'0>>0，即基質(zhì)對磷

5、的吸附作用是一個自發(fā)的、吸熱過程。 等溫吸附試驗和動態(tài)吸附試驗結(jié)果均表明，鋼渣對磷的吸附去除效果最好，干渣次之，白云石最差，沸石、礫石和頁巖陶粒三種基質(zhì)的吸附除磷能力比較接近。 六種基質(zhì)中，鋼渣和干渣最適宜用作人工濕地基質(zhì)材料。沸石經(jīng)MgCl<,2>和AlCl<,3>改性、自云石經(jīng)600℃高溫焙燒、頁巖陶粒經(jīng)AlCl<,3>改性后，吸附除磷能力均得到顯著提高。 飽和基質(zhì)解吸釋磷實驗表明：在中性KCl溶液中，

6、基質(zhì)對磷的解吸率較低，基本不存在解吸釋磷的風(fēng)險。草酸和檸檬酸的存在，能明顯促進基質(zhì)對磷的解吸，且解吸率隨有機酸濃度的增加而增大。相同條件下，檸檬酸對基質(zhì)磷解吸作用的影響比草酸大。 鋼渣對磷的吸附作用屬于化學(xué)吸附，其實質(zhì)是：鋼渣中溶出的Ca<'2+>與溶液中磷酸根離子之間的反應(yīng)。干渣吸附除磷過程中包括物理吸附和化學(xué)吸附兩種途徑，其中，Ca<'2+>與磷酸根離子之間的化學(xué)吸附是干渣吸附除磷的主要途徑。礫石、沸石、白云石和頁巖陶粒四