給水廠污泥除磷的試驗研究

邵雁　趙波　李社鋒

摘 要：采用自來給水廠固體廢棄物—污泥，對含磷模擬廢水進行吸附性能試驗研究。試驗結果表明，各種吸附條件對自來水廠污泥除磷效果均有較大影響。自來水廠污泥對含磷廢水的最佳吸附條件為：投加量70g/L、吸附時間30min、pH為1，溫度35℃，運用相關數學模型擬合，顯示其吸附過程符合Freundlich等溫式，適合二級吸附動力學模型。

關鍵詞：給水廠污泥；含磷廢水；吸附

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.216

磷是造成湖泊水體富營養化的主要原因，吸附法是除磷的最有效方式之一，但常規吸附劑的價格昂貴，處理廢水成本過高，所以廉價、高效吸附材料的開發和應用是吸附法除磷的一個研究熱點。

給水廠的污泥主要來自于沉淀池的含泥廢水和濾池的反沖洗水，由水中的懸浮物、有機物、溶解狀膠質、微生物以及加入的化學混凝劑組成[1]。自來水廠的污泥，多孔且具有較大的比表面積，可對水中的磷酸根離子產生較強的吸附親和力，且其分散的顆粒，可以相互作用結合成較大的聚集體，從而發生化學沉淀，來達到除磷目的。采用自來水廠污泥作為研究對象，研究其對模擬含磷廢水中磷的去除機理，以及其在不同條件下的處理效果，做到以廢治廢，具有一定的實用價值。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及儀器

試劑：磷酸二氫鉀，分析純。

儀器：恒溫水浴振蕩器，分光光度計，分析天平，恒溫干燥箱，pH試紙。

給水廠污泥：西安市某自來水廠污泥，烘干，研碎得到粒徑為60目的粉末備用。

1.2 實驗方法和內容

在一定濃度的模擬含磷廢水中中加入一定量的自來水廠干污泥粉末，在特定的溫度下振蕩特定的時間后進行過濾，濾液用分光光度計于700nm處測其吸光度，計算其吸附量。

試驗需要測定的影響因素為：時間、溫度、pH值、投加量和初始濃度。

2 實驗結果與討論

2.1 時間對給水廠干污泥吸附性能的影響

將3.0g自來水廠污泥粉末投入50mL，10mg/L的模擬含磷廢水溶液中，振蕩不同時間后進行過濾，收集濾液測其濃度。實驗結果見圖1：隨著時間的延長，給水廠干污泥的吸附量在逐漸增加，在30min時趨于穩定，吸附動態達到平衡。

對實驗數據用一級和二級吸附速率方程進行線性回歸[2]，結果見表1：運動二級吸附動力學方程具有較好的回歸效果，相關系數>0.970；且二級動力學方程計算所得到的平衡吸附量qe與一級動力學方程的平衡吸附量qe相比，更接近實驗吸附量；因此，給水廠干污泥對磷的吸附過程符合二級吸附動力學方程。

2.2 溫度對給水廠干污泥吸附性能的影響

將3.0g給水廠干污泥粉末投入50mL濃度的含磷模擬廢水溶液中，在不同溫度下振蕩30min，過濾后收集濾液測其濃度。結果如圖2：隨著溫度升高，給水廠干污泥對含磷廢水的吸附量逐漸增大。

對實驗等溫線數據用Langmuir吸附等溫式、Freundlich吸附等溫式以及BET吸附等溫式進行模擬處理[3]，結果見表2：Langmuir，BET的擬合參數中Q0，qm（吸附達到飽和時的極限吸附容量）為負值，顯然不符合實際情況，表明給水廠干污泥脫磷的吸附行為符合Freundlich方程。

2.3 pH值對給水廠干污泥吸附性能的影響

將3.0g給水廠干污泥投入50mL，10mg/L磷溶液中，并調節不同pH值，振蕩30min，過濾后收集濾液測其濃度。結果見圖3：pH值為1時，磷的去除效果最好，飽和吸附量為0.163612mg/g，此時去除率為98.68%。推斷可知，隨著酸性的增加，飽和吸附量和去除率逐漸增大。

2.4 投加量對給水廠干污泥吸附性能的影響

分別將1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g、3.5g給水廠干污泥投入50mL，10mg/L 的含磷溶液中，振蕩30min，過濾后收集濾液測定其濃度，實驗結果見圖4：當干污泥投加量為3.5g時，磷的去除效果最好，此時飽和吸附量為0.137329mg/g，去除率為96.63%。推斷可知，隨著給水廠干污泥的投加量增多，去除率逐漸增大，飽和吸附量逐漸減小。

2.5 初始濃度對給水廠干污泥吸附性能的影響

將3.0g給水廠干污泥投入50mL不同濃度的含磷廢水溶液中，振蕩30min后過濾，收集濾液測定其濃度。實驗結果如圖5：初始濃度對給水廠干污泥隨初始濃度的增大，吸附量不斷增大。

3 結論

本文主要研究了給水廠污泥除磷的吸附性能，給水廠干污泥除磷的最佳吸附條件為：反應時間30min；吸附劑用量70g/L；吸附pH值1；整個吸附過程符合二級吸附動力學方程，相關系數R在0.99以上；符合Freundlich吸附等溫式，相關系數R=0.968 （303K）；pH值對給水廠干污泥吸附性能影響很大，隨著酸性強度的增大而增大。

參考文獻：

[1]劉帥霞.給水廠污泥的處理和存在問題[J].河南紡織高等專科學校學報，2005，17（03）：59.

[2]陳春云，王鵬，莊源益.剩余污泥吸附劑的制備及其吸附性能研究[J].環境科學與技術，2006，29（08）：90.

[3]劉轉年，周安寧，金奇庭.超細煤粉吸附苯胺機理研究[J].燃料化學學報，2006，34（01）：20-25.

[4]付仙彩，沈文夏，姚天陽.物理化學[M].北京：高等教育出版社，1997.endprint