提純硅藻土對廢水中磷的吸附

張開永，黃 玲

(華北科技學院，河北 三河 065201)

隨著經濟的發展和各種工業企業排放的污水增多以及各種含磷肥料的使用，磷對環境的危害日益嚴重，尤其是對水的污染日益突出。傳統的除磷工藝如化學法容易造成二次污染，成本也比較高，生物除磷則存在污泥處理放置難的問題。吸附是除磷的優選方法，吸附材料的選擇很關鍵[1-2]。

由于硅藻土獨特的微孔結構，利用其吸附性能來處理廢水不僅可以降低成本，而且還可以更有效地利用礦產資源[3]。硅藻土在我國雖然儲量較大，但由于我國硅藻土的品位普遍較低，其應用領域受到一定限制，造成了我國硅藻土資源的利用與環境之間的脫節，需要進行加工提純后才能進行應用。目前硅藻土作為吸附劑處理廢水主要是采用改性后的硅藻土進行廢水處理[4-9]。但因改性硅藻土廢水處理還是一項較新的技術，各方面還不完善，需要加強理論和工程實踐上的進一步探索研究[10]。因此選擇提純后的硅藻土對磷素的降解研究具有一定的理論意義，既能解決目前水處理工藝存在的問題，又能節約資源，充分而有效地利用硅藻土資源，達到雙贏的目的。本研究的實驗水樣選擇濃度為2mg/L，它是針對實際中二級污水處理廠排出的污水磷含量而設計的，便于解決二級污水處理廠的出水磷達不到排放標準問題。

1 實驗部分

1.1 實驗樣品

硅藻土樣品是經過擦洗、過篩和沉降后提純加工的樣品，其化學組成成分如表1所示。

表1 硅藻土化學成分表/%

1.2 實驗水樣

生活污水經過管網收集進入處理裝置前，其中磷元素已經大部分轉化為無機磷，而且二級處理出水中磷元素基本以無機磷的形式存在，故本試驗所用模擬含磷廢水使用磷酸二氫鉀與蒸餾水配制配制，配制溶液濃度為2mg/L，對應于二級污水處理廠出水磷濃度。

1.3 實驗儀器和試劑

儀器：恒溫水浴振蕩器、可見分光光度計、電子天平、離心機、電熱鼓風干燥箱、pH計。

試劑：氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、抗壞血酸、鉬酸銨、磷酸二氫鉀、酒石酸鏑氧鉀。

1.4 實驗方法

取數支50mL具塞比色管，分別加入磷酸鹽標準使用液0mL、0.5mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、10.0mL、15.0mL，加水至50mL。向比色管中加入1mL10%抗壞血酸溶液，混勻。30s后加2mL鉬酸鹽溶液充分混勻，放置15min。然后用10mm或30mm比色皿，于700nm波長處，以零濃度溶液為參比，測量吸光度。

C=m/V

式中：m為式樣測得含磷量，ug；V為測定用式樣體積，mL。

2 結果及討論

2.1 吸附劑量的確定

分別取8份50mL濃度為2mg/L的磷標準使用液于錐形瓶中，稱取經烘干的硅藻土0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g、3.5g、4.0g，分別加入錐形瓶中混合。放在恒溫水浴振蕩器上震蕩30min，溫度為室溫，震蕩速率穩定。震蕩完畢取出離心，離心轉速3000r/min，離心時間2min，取上清液10mL置于50mL比色管中，加水至標線測定吸光度。硅藻土用量與磷去除率關系如圖1所示。

圖1 硅藻土用量與磷去除關系

由圖1可知，當加入的硅藻土少于3.5g時，吸附量隨著硅藻土的量的增大而增大。硅藻土用量為3.5g時，吸附基本達到平衡，硅藻土對磷的吸附達到93.9%。當加入的硅藻土大于3.5g時，吸附量沒有明顯的變化，這說明0.1mg磷大約對應需要3.5g硅藻土來吸附降解，在實際中可根據水體的含磷量確定硅藻土的投加量。

2.2 pH值的確定

分別取6份50mL濃度為2ug/mL的磷標準使用液于錐形瓶中，用0.1mol/L的HCl和NaOH調節pH值為2.5、4.0、6.0、8.1、10.8、12.5。每份加入3.5g烘干的硅藻土并且混勻，放在恒溫水浴振蕩器上震蕩30min，溫度為室溫，震蕩速率穩定。同樣震蕩完畢后取出離心，離心轉速3000r/min，離心時間2min，取上清液10mL置于50mL比色管中，加水至標線測定吸光度。pH與磷去除率關系如圖2所示。

圖2 pH與磷去除關系

由圖2可知，pH值越小對吸附越有利，當pH為2.5時，硅藻土對磷素的吸附降解去除率可達98.1%，硅藻土對磷素的吸附降解對應最佳pH值為3.0左右。當pH值依次增大時，吸附量依次減少，當溶液呈堿性時吸附量明顯下降，去除率達不到50%。說明pH值對吸附的影響很大。此次試驗結果與一般吸附試驗pH對吸附的影響效果相反，可能與吸附劑本身的性質有關。

2.3 吸附時間

分別取7份50mL濃度為2ug/mL的磷標準使用液于錐形瓶中，用0.1mol/L的HCl和NaOH調節pH值為3.0左右。每份加入3.5g烘干的硅藻土并且混勻。分別放在水浴恒溫振蕩器上震蕩5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min。震蕩完畢取出離心，3000r/min離心2min，取上清液10mL于50mL比色管中，加水至標線測定吸光度。吸附時間與磷去除率的關系見圖3。

圖3 吸附時間與磷去除率的關系

由圖3可知，當時間小于20min時吸附量不斷增加，當時間大于20min時吸附量變化不大，但有所減少。硅藻土對磷素的吸附降解最佳時間為20min。這說明當吸附時間達到20min時，吸附基本已經達到平衡狀態。時間超過20min吸附量不會隨時間增大，反而震蕩等會讓原本被吸附的磷素釋放出來。實際處理過程中要嚴格吸附時間，使吸附效果達到最佳。

2.4 吸附溫度

分別取7份50mL濃度為2ug/mL的磷標準使用液于錐形瓶中，用0.1mol/L的鹽酸和氫氧化鈉調節pH值為3.0左右.每份加入3.5g烘干的硅藻土混勻。分別設置水浴恒溫振蕩器溫度為0℃、10℃、20℃、25℃、30℃、40℃、50℃，依次震蕩30min。震蕩完畢取出離心，3000r/min離心2min，取上清液10mL于50mL比色管中，加水至標線測定吸光度。吸附溫度與磷去除率的關系見圖4。

圖4 吸附溫度與磷去除率的關系

由圖4可知，在0～50℃范圍內溫度變化對吸附效果的影響存在差異，但是差異不大。這說明溫度對整個吸附的過程的影響相對于其他因素來講不大。硅藻土對磷素的吸附降解對應最佳溫度為25℃。低于或高于25℃效果稍差。溫度太低或太高可能會導致硅藻土性質發生變化，實際中可在常溫下進行吸附。

2.5 降解等溫吸附曲線

利用50mg/L的磷酸鹽儲備液分別配置濃度為5.0mg/L、8.0mg/L、10.0mg/L、13.0mg/L、15.0mg/L、17.0mg/L、20.0mg/L的磷酸鹽溶液。各取50mL不同濃度的溶液放入錐形瓶中，用0.1mol/L的HCl和NaOH溶液調節pH值為3.0左右，各加入3.5g烘干的硅藻土混勻。放在溫度設置為25℃的水域恒溫振蕩器上振蕩20min。震蕩完畢取出離心，3000r/min離心2min，取上清液10mL于50mL比色管中，加水至標線測定吸光度。

用Freundlich方程擬合，結果見圖5。

圖5 Freundlich方程擬合曲線

由圖5可知，該曲線擬合后R2=0.7736，1/n為1.4362，即n=0.6962。n處于0.5～2時吸附劑對吸附質較易吸附，小于0.5時容易吸附，大于2時較難吸附。n=0.6962說明硅藻土對磷的吸附在強度上屬于較易吸附。lnK=-3.2229，K=0.04，K值偏小，說明吸附容量受濃度的影響較大。實際中，可以在處理前適當調節污水的磷濃度，然后再進行硅藻土吸附處理。

3 結論

通過硅藻土對磷素吸附降解試驗反復的研究和分析，可以得到以下結論。

1)吸附最佳硅藻土用量為3.5g硅藻土/0.1mg磷。每0.1mg磷加入的硅藻土為3.5g時，吸附效果在平衡時較好。

2)吸附過程的最佳pH值控制在3.0左右，pH值越大對吸附越不利。

3)實驗結果表明吸附時間控制在25min左右吸附可基本達到平衡狀態。

4)吸附過程的溫度控制在25℃為最佳。如果實驗環境中的溫度不是很低，可以在室溫條件下進行試驗。

5)硅藻土對磷素的降解吸附符合Freundlich方程的等溫吸附曲線。在硅藻土用量不變的情況下，吸附量隨著磷溶液濃度的增大而增大。硅藻土對磷素吸附屬于交易吸附。

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