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磷是地球上维系生命的主要元素之一,也是构成生物体和参与新陈代谢过程必不可少的元素。同时,磷也是引起水体富营养化的关键营养物质。近年来,河流、湖泊、海洋等水域的水质日趋恶化,富营养化现象时有发生,对湖泊、水库等封闭水体的影响尤为严重。因此,研究开发经济、高效的除磷材料是当今削减磷排放,控制水域富营养化的一个研究重点。本文的主要研究成果为:
1)在课题组前期研究的基础上,以高效复合除磷材料(EPRC)的最佳配比,选取铝粉、植物型泡沫剂作为致孔剂,通过一定工艺,制备成致孔型EPRC,综合力学和除磷效果等,最终选定植物型泡沫剂为致孔剂,且其最佳投加量为8%。
2)通过静态吸附试验,研究致孔型EPRC的除磷性能,并与此前研究的非致孔型EPRC进行对比。研究结果表明,致孔型EPRC对磷的吸附符合Langmuir方程,35℃时,0.5cm致孔型EPRC的最大饱和吸附量为7.44mg/g,比非致孔型EPRC提高了118.8%。致孔型EPRC对磷的吸附符合准二级动力学模型,相关系数均大于0.98,而非致孔型EPRC对磷的吸附则更符合准一级动力学模型。温度、粒径和溶液pH对致孔型EPRC的吸附效果影响均不大。致孔型EPRC的投加量与磷的去除率成正相关,在溶液初始磷浓度为5mg/L时,满足达标排放的最佳投加量为2.0g/250mL,非致孔型EPRC的最佳投加量为3.5g/250mL。致孔型EPRC对氨氮也有一定的吸附能力,氨离子与磷酸根离子之间无明显竞争吸附。致孔型EPRC对磷的吸附非常稳定,在水中解吸率很低(<2.1%)。
3)通过填料柱动态吸附试验,研究了三种不同负荷及双柱串联情况下填料柱的吸附周期。低负荷下,溶液浓度为5mg/L时,0.5cm致孔型EPRC在所运行周期内均能很好地吸附磷,运行至109d,磷出水浓度一直稳定在0.5mg/L以下。中等负荷下.0.5cm致孔型EPRC填料柱在前29d内一直处于稳定状态。高负荷下,0.5cm致孔型EPRC在19d内出水磷浓度一直低于0.5mg/L。1cm致孔型EPRC与0.5cm致孔型EPRC串联时,第一级吸附柱可起到削减第二级吸附柱进水磷浓度的作用,使第二级吸附柱出水磷浓度在30d内一直保持在0.1mg/L以下。0.5cm致孔型EPRC吸附柱与已吸附穿透的lcm致孔型EPRC吸附柱串联后,吸附容量变大,适合处理出水水质要求不高的情况。
4)对致孔型EPRC的除磷能力进行估算得出:当初始溶液浓度为5mg/L时,致孔型EPRC的吸附量为2.23mg/g左右;一定条件下,致孔型EPRC在人工湿地中的置换周期可在495d以上。