凈水廠污泥的磷吸附特性研究

王曉曦

摘 要：在對凈水廠進行資源管理的過程中，要想將資源實現更加合理的配置，同時確保能夠進一步優化發展，就需要對凈水廠的污泥開展有效的處理。本文主要探討了采用磷吸附的方式，證實影響凈水廠污泥磷吸附能力的影響因素與溫度與pH值有關，希望在今后的研究工作中有所幫助。

關鍵詞：凈水廠污泥；磷；吸附

在對凈水廠污泥進行處理的過程中，首先要明確其來源，凈水廠的污泥大多是來自自來水在生產時遺留下來的剩余廢物，這些剩余廢物中包含了大量的雜質，例如土壤顆粒以及膠質物質等，在生產自來水的過程中，往往都會采用傳統的生產工藝進行處理，即混凝→沉淀→過濾→消毒，因此在這一過程中難以避免的會產生污泥，對自來水的水質造成不良影響。隨著科學技術的發展，凈水廠在處理污泥過程中采用了全新的解決辦法，希望能夠對今后的資源利用提供一定的幫助。

1 準備材料與方法

1.1 試驗材料

首先選定一家凈水廠作為試驗對象，該廠主要水源來自黃河水，絮凝劑主要采用聚合氯化鋁（PAC），在黃河河道中選取試驗對照土樣品若干，然后將兩種土風干，放入溫度為110℃的環境中進行烘烤，持續時間為2h，將土樣烘干后粉碎，準備篩選。

1.2 土樣的磷等溫吸附試驗

分別配制不同磷濃度的KH2PO4溶液，將KOH以及HCl溶液中的pH值調節至7，在容量為100mL的三角燒瓶中稱取適量的凈水廠污泥，一般情況下0.25g即可。隨即加入準備好的溶液25mL，然后再滴入適量的氯仿，氯仿不宜過多，主要作用是為了防止微生物活動過于活躍。對搖床進行調節，在轉速為（180±2）r/min的前提下，進行反應，反應時間為24h，再取出溶液放入濾膜中進行過濾，進而在濾液中將磷濃度測量出來，上述樣品中，每個樣品都要做三個平行，以便更加準確的測定磷含量。

1.3 土樣的磷吸附動力學試驗

緊接著需要進行磷吸附的動力學試驗。在該試驗中主要探究影響磷吸附能力的因素有哪些。首先是探究溫度這一影響因素，先將pH值設定為7，在磷濃度為150mg/L的KH2PO4溶液中，加入1.0g的凈水廠污泥，將其放入容量為100mL的三角燒瓶中，然后仿照前文中的試驗過程，置于恒溫搖床中并且將轉速設置為（180±2）r/min，分別在時間值為0min至480min的時間段中進行取樣，每次取樣后將溶液過濾并且對其中所含有的濃度進行分析。同樣是對每個樣品進行三個平行，并觀察結果。

在測定pH值對磷吸附能力的影響試驗中，首先要進行KH2PO4溶液的配制，其磷濃度的含量為150mg/L，將pH值分別調節至五個狀態中，即pH為3/5/7/9/11時，然后將搖床的溫度設定為45℃，根據上文中對試驗的要求進行測定，試驗順序相一致，對pH值進行分析，探究其對磷吸附的影響程度。

接下來要探究的內容是初始濃度對磷吸附能力是否會產生影響，所以要將KH2PO4溶液中的初始濃度分別設為100mg/L、150mg/L以及200mg/L三種類型，然后將搖床的溫度設為45℃，在試驗中的其他條件與上文試驗相一致，探究是否初始濃度會對磷吸附能力產生影響。

1.4 分析方法

在該試驗中，主要研究了影響磷吸附能力的因素有哪些。采用X熒光光譜的方式對土樣中元素的組成進行分析，溶液磷的含量主要運用鉬銻抗分光光度法進行測定，使用型號為PHS-25的pH計對pH值進行測定。

2 結果與探討

在吸附等溫試驗中，主要對比了土樣以及凈水廠污泥中磷吸附能力之間不同的差異性，因此進行了吸附試驗。在該試驗中，運用吸附等溫方程進行分析，并將其與曲線作擬合處理，結果顯示磷吸附能力達到了對照土樣的17倍以上，二者具有較大的差異性。在這種情況下對差異性進行分析得知，主要的影響因素是由于二者是由不同元素組成的，其中凈水廠污泥中含有大量的鋁化物，其含量是對照土樣的7.1%。除了自身攜帶以外，在生產自來水的過程中所使用的PAC混凝劑也具有鋁化物這一成分，所以造成鋁化物的含量偏大，可以證實這一因素對磷吸附能力會產生一定的影響。綜上，研究表明，材料對磷的吸附能力與其鋁含量有關，鋁含量高的材料磷吸附性能強，凈水廠污泥中所含的混凝劑在磷吸附中發揮重要作用。溫度對土樣磷吸附的影響如圖1所示。

從圖1中可以看出，凈水廠污泥對磷的吸附量都隨時間延長而增大，溫度為l5℃、30℃和45℃時，試驗結束時，凈水廠污泥磷的吸附量占總量的76.7%、88.8%和97.5%。從圖1還可以看出，同一反應時間時，凈水廠污泥對磷的吸附量隨溫度的升高而增大，原因是在吸附的過程中，溶液中的磷酸根需要首先擴散到顆粒表面，然后進入顆粒內部，溫度升高，磷酸根擴散速度增加，同時克服污泥表面液膜阻力的能力增強，使反應進行得更加迅速。

pH值的改變可能影響吸附質的存在狀態，還可能影響吸附劑表面的電性或者吸附劑的結構等，因此，pH是影響吸附效果的重要因素。隨著pH的降低，凈水廠污泥對磷的吸附量增大，原因可能是在溶液pH值較低時，水中的磷酸根與凈水廠污泥表面的羥基發生配位體交換反應。

在同一反應時間時，初始濃度越大，凈水廠污泥對磷的吸附量越大。不同初始濃度的吸附過程也可以15min為界分為快速和慢速吸附兩個階段，初始濃度越大，在慢速吸附階段吸附曲線相對較陡，這說明初始濃度越高，吸附達到平衡所需時間越長。

3 結論

在試驗條件下，凈水廠污泥對磷的吸附量隨溫度升高而增加；隨著溶液初始pH的增大逐漸降低，隨著初始濃度的增加增大。一級動力學方程能夠很好的描述凈水廠污泥對磷的吸附過程。凈水廠污泥具有良好的磷吸附能力，具有作為污水磷吸附材料的巨大潛力。■

參考文獻

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