幾種常見吸附劑對廢水中低濃度磷的吸附

唐朝春　陳惠民　張琪　葉鑫　劉名

摘要：為了篩選出對磷吸附速率快、吸附量大且投加量小的吸附劑，以期應用于工程實踐中，利用8種常見吸附劑對含磷量較低的二級生物處理后的出水進行吸附除磷。結果表明，氯化鋁、熱力貼與陰離子樹脂對磷的吸附效果較好，其余5種吸附劑基本無吸附效果。其中，氧化鋁和熱力貼在30min后達到吸附平衡，吸附速率較快，而陰離子樹脂在60min時還未達到吸附平衡，吸附速率較慢；氧化鋁和陰離子樹脂吸附量大，而熱力貼吸附量較小；氧化鋁、陰離子樹脂和熱力貼在投加量分別為0.2、1.0、2.0g/L時，經30min吸附，可使磷濃度從初始的0.900mg/L降到0.5mg/L以下。綜合來看，對低濃度含磷廢水的除磷效果為氧化鋁>陰離子樹脂>熱力貼。

關鍵詞：吸附劑；除磷效果；廢水；磷酸鹽

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）09-2227-03

水體富營養化已經成為中國首要的環境問題。2013年，在中國61個湖泊（水庫）中開展了關于營養狀態的監測，其中1個為中度富營養狀態，占1.64%：16個為輕度富營養狀態，占26.23%：35個為中營養狀態，占57.38%：9個為貧營養狀態。占14.75%。其中磷是導致水體富營養化的主要因素之一。水體中的磷來源分為兩類：一類是水體底泥釋放磷酸鹽：另一類是人類活動帶入水體的磷酸鹽，主要有農田施肥流入和污水處理廠二級出水流入，施肥流入可以通過科學調配施肥量加以控制。而當前污水處理廠的二級出水含磷量較難達到城鎮污水處理廠污染物排放一級A標準，從而導致水體營養狀態進一步惡化。因此二級出水除磷是當前研究的重點和熱點。

現今除磷的方法很多，大致分為化學法（混凝沉淀法和電解法）、生物法（微生物法和水生物法）、物理法（吸附法）、膜技術處理法等。其中，化學法、生物法存在處理費用高、效果不穩定等缺陷；膜技術處理法則存在壽命短、易堵塞、過水量小等缺點；而吸附法具有耗能小、污染少、去除快、容量大、可再生、出水潔凈等優點，在實際除磷中得到廣泛認同和應用。當前污水處理廠二級出水屬于含磷量較低的不達標水體，且其他污染物的含量也較少。針對這類情況的水體，選擇吸附法來控制磷達標無疑是最佳的。本試驗考察了常用吸附劑對模擬低濃度含磷廢水的吸附效果，旨在選取高效去除低濃度磷的吸附劑，以期為二級出水除磷工程吸附劑的選擇提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗儀器

85-2數顯恒溫磁力攪拌器（金壇市鑫鑫實驗儀器廠）：XFS-280MB手提式壓力蒸汽滅菌器（浙江新豐醫療器械有限公司）：移液器（1000-5000μL，上海漢林實驗儀器有限公司）：AB204-N型電子天平[梅特勒一托利多儀器（上海）有限公司]；哈希分光光度計（DR/2500，美國HACH公司）。

1.2 試驗配水

稱取一定量的固體KH₂PO₄，加去離子水配成0.900mg/L的含磷水樣，用稀硫酸微調pH至7.3，待用。

1.3 吸附材料

試驗所用材料有陰離子交換樹脂、氧化鋁、硅藻土助濾劑、鈉基改性膨潤土、煤渣、沸石、核桃殼、熱力貼。其中，陰離子樹脂購白天津波鴻樹脂科技有限公司：氧化鋁購自中國鋁業股份有限公司河南分公司：硅藻土助濾劑購自信師礦業發展公司；鈉基改性膨潤土購白天元非金屬制品有限公司：煤渣來自江蘇鎮江：沸石來自內蒙古赤峰：核桃殼來自新疆阿克蘇核桃：熱力貼購自中尚日用品有限公司，主要成分為鐵粉、水、活性炭、蛭石、吸水性樹脂和鹽。

1.4 試驗方法

1.4.1 吸附時間對磷的吸附影響 準確稱取0.1g陰離子樹脂、氧化鋁、硅藻土助濾劑、鈉基改性膨潤土、煤渣、沸石、核桃殼、熱力貼于250mL具塞錐形瓶中，加入100mL質量濃度為0.9mg/L的磷溶液。在（25+1）℃下，恒溫磁力攪拌。轉速為180r/min。取樣時間設定為5、15、30、45、60min，用0.45μm針管濾頭過濾懸浮液，采用鉬銻抗分光光度法測定濾液中的磷含量，最后與初始磷質量濃度進行對比，計算去除率。

本試驗來源于某集團尾水吸附除磷工程的試驗部分。由于需要處理的水量較大，且要求快速吸附除磷。故吸附取樣時間選取較短。控制在60min內。

1.4.2 吸附材料投加量對磷的吸附影響 8種吸附劑各取5個不同投加量置于250mL具塞錐形瓶中，加入100mL質量濃度為0.900mg/L的磷溶液，在（25+1）℃下恒溫磁力攪拌30min，用0.45μm針管濾頭過濾懸浮液，采用鉬銻抗分光光度法測定濾液中的磷含量，最后與初始磷質量濃度進行對比。計算去除率。各吸附劑投加量分別為0.5、1.0、2.0、5.0、10.0g/L（氧化鋁除外，氧化鋁投加量為0.1、0.2、0.3、0.5、1.0g/L）。試驗中，由于氧化鋁吸附除磷效果很好，故所選取的5個投加量都較其余7個更小。

2 結果與分析

2.1 吸附時間對磷去除效果的影響

陰離子樹脂、硅藻土助濾劑、鈉基改性膨潤土、煤渣對低濃度含磷水樣的吸附除磷效果如圖1A所示，氧化鋁、沸石、核桃殼、熱力貼對低濃度含磷水樣的吸附除磷效果如圖1B所示。從圖1可以看出，氧化鋁對低濃度含磷廢水的吸附效果最佳，5min內去除率達到50%，30min內幾乎完全去除，吸附速率是8種吸附劑中最快的：其次是陰離子樹脂。60min內的吸附曲線類似一次函數y=-0.01286x+0.9，各時間段上吸附較為均勻，60min除磷率達到88.9%：再次是熱力貼，在30min后吸附趨于平穩，達到吸附飽和。漸近y=0.580。吸附效果較好，可能是其中的鐵粉、活性炭、蛭石對磷酸根起到了吸附作用；硅藻土助濾劑、鈉基改性膨潤土、煤渣、沸石、核桃殼5種吸附劑雖然是常見吸附劑。但是對低濃度含磷水樣的除磷效果較差，60min內幾乎無吸附效果。

在相同投加量情況下，由上述結果可知，氧化鋁吸附速率快且吸附量大，是最佳的二級出水除磷吸附劑，特別適合二級出水水力停留時間較短的情形：陰離子樹脂的吸附速率較氧化鋁慢，但是吸附量大，最終吸附效果等同于氧化鋁，在水力停留時間較長情形下，陰離子樹脂和氧化鋁都可作為首選：熱力貼的吸附速率快但吸附量偏小，由于其作為使用后的廢棄物用于吸附，因此從經濟角度出發是不錯的選擇：其余5種吸附劑不適合低濃度磷的吸附。

2.2 吸附劑投加量對磷去除效果的影響

陰離子樹脂、硅藻土助濾劑、鈉基改性膨潤土、煤渣對低濃度含磷水樣的吸附除磷效果如圖2A所示，沸石、核桃殼、熱力貼對低濃度含磷水樣的吸附除磷效果如圖2B所示，氧化鋁對低濃度含磷水樣的吸附除磷效果如圖2C所示。由圖2可以看出，這8種吸附劑中，氧化鋁、陰離子樹脂和熱力貼吸附效果較好，這3種吸附劑投加量分別在0.2、1.0、2.0g/L時，可以使剩余磷濃度降到0.5mg/L以下，滿足磷的城鎮污水處理廠污染物排放一級A標準，相比之下。其余5種吸附劑對磷的吸附效果較差，即使吸附劑投加量加大到10.0g/L，都難將剩余磷濃度降到0.850mg/L以下。

在相同吸附時間情況下，模擬含磷廢水進行吸附。水力停留時間只有30min時，投加微量的氧化鋁即能使出水含磷量達到城鎮污水處理廠污染物排放一級A標準：陰離子樹脂和熱力貼吸附量隨投加量成倍增長。對磷酸鹽吸附效果較好，只要投加一定的量，兩者都可在短時間內達到快速除磷的目的。

3 結論

工程實踐中二級出水停留在吸附塔（池）的時間較短。往往要求快速吸附。通過試驗得知。氧化鋁具有吸附速率快、吸附量大、投加量小的優勢，陰離子樹脂具有吸附速率較慢、吸附量大、投加量較小的特點，熱力貼具有吸附速率快、吸附量小、投加量較小、廢棄物再利用的特點，其余5種吸附劑則表現出吸附速率很慢、吸附量很小、投加量很大等劣勢。綜上所述，8種吸附劑對低磷廢水中磷的去除效果為氧化鋁>陰離子樹脂>熱力貼>其余5種吸附劑。針對低濃度含磷廢水選用合適的吸附劑除磷是完全可行的。