南方红壤处理含磷废水的试验研究

论文摘要

水体富营养化是当前面临的严重污染问题，而磷是造成富营养化的主导因子。近年来将粘土矿物用于污废水除磷处理已成为水体磷污染防治研究的热点，而开发出高效安全、廉价易得的矿物材料更是此类方法的关键。本文应用我国南方地区广泛分布的富含大量铁铝氧化物的红壤进行吸附除磷效果及机理的试验研究，以探索一种优良的除磷粘土矿物和新方法。对红壤、提纯红壤及其改性后的吸附除磷效果及影响因素、红壤除磷的热力学和动力学进行了静态试验研究，并对红壤除磷的实际应用与可行性进行了评价。结果表明：粘土矿物中Al2O3含量是决定除磷效果的关键，而红壤中富含的Al2O3和Fe2O3成分共同对磷产生了吸附作用，红壤较其它粘土矿物具有更强的除磷效果。处理两种模拟磷废水时红壤2h磷吸附量是其它矿物材料的1.7倍以上，除磷率提高34.4%以上。且提纯加工可提高红壤除磷效果，30min内提纯红壤吸附量较原粒红壤可增加到9.6%，pH值较高或投加量较少时，提纯红壤优势较为明显。红壤对溶液pH有较好缓冲作用，处理后出水中pH值维持在4.72～7.79间。采用盐酸改性和热改性方法均能提高红壤的磷吸附量，但在改性方法简便性及除磷效果方面热改性技术要好于盐酸改性,采用最佳改性方法的红壤比未改性材料吸附量最大可提高31%。200℃改性2h的红壤处理C0=35mg/L模拟磷废水，两小时出水磷浓度<0.5mg/L，达到国家废水综合排放标准一级标准，对C0=50mg/L模拟磷废水也具有很好的吸附效果。原粒热改性较提纯热改性红壤有更大吸附量增加的潜力。Langmuir等温吸附方程最适合描述红壤及改性土等温吸附过程，提纯红壤对初始磷浓度越高的废水除磷作用愈明显。Feundlich方程对改性后红壤拟合优度提高，吸附除磷机制改变，出现了多分子层吸附现象。准二级动力学方程对红壤及改性红壤的动力学数据拟合效果最佳。改性前后的红壤吸附热力学数据特征说明其对磷的吸附均是吸热、熵增反应，可自发进行。热改性红壤对磷的吸附作用对温度变化更敏感。PO3红壤及热改性红壤对畜禽养殖废水中的活性磷4、总磷和COD去除效果较好，一次处理不能达到废水综合排放标准要求，实际应用中需经多次处理或与其它工艺联用，对氨氮、硝氮处理效果很差。处理废水后的红壤可进行深加工制备成肥料对土壤进行改良。所得结论为红壤及热改性红壤，是一种前景可观的除磷吸附剂。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 水体富营养化现状及危害
• 1.1.1 水体富营养化污染现状
• 1.1.2 水体富营养化的危害
• 1.2 水体富营养化与磷污染的关系
• 1.2.1 富营养化水体中藻类生成机制和磷污染的关系
• 1.2.2 水体磷污染的途径及磷的存在形式
• 1.3 含磷废水常用处理技术
• 1.3.1 生物法
• 1.3.2 化学法
• 1.3.3 结晶法
• 1.3.4 吸附法
• 1.3.5 其它除磷方法
• 1.4 粘土矿物材料处理含磷废水的研究现状
• 1.4.1 硅酸盐粘土矿物
• 1.4.2 非硅酸盐粘土矿物
• 1.5 选题意义与课题来源
• 1.5.1 选题背景及意义
• 1.5.2 课题来源
• 2 研究内容和方法
• 2.1 研究目标
• 2.2 研究内容
• 2.3 试验材料和设备
• 2.3.1 试验材料及其制备
• 2.3.2 试验用试剂及设备
• 2.3.3 备用溶液
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 吸附试验
• 2.4.2 考察指标
• 2.4.3 水质指标的测定
• 3 红壤吸附磷效果及影响因素研究
• 3.1 试验方案设计
• 3.1.1 粘土矿物吸附除磷的有效性对比试验方案设计
• 3.1.2 红壤吸附磷的影响因素试验方案设计
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 红壤与几种粘土矿物除磷效果对比
• 3.2.2 反应时间对吸附除磷的影响
• 3.2.3 磷初始浓度对吸附磷的影响
• 3.2.4 溶液初始 pH 值对吸附磷效果的影响
• 3.2.5 投加量对吸附磷效果的影响
• 3.2.6 材料粒径对吸附磷效果的影响
• 3.3 本章小结
• 4 红壤改性及其吸附除磷试验研究
• 4.1 改性的基本原理
• 4.1.1 酸改性
• 4.1.2 热改性
• 4.2 盐酸改性试验
• 4.2.1 改性方法
• 4.2.2 改性试验结果与分析
• 4.3 高温改性试验
• 4.3.1 改性方法
• 4.3.2 改性试验结果与分析
• 4.4 热改性红壤的吸附除磷影响因素试验
• 4.4.1 试验方案设计
• 4.4.2 时间对热改性红壤吸附磷的影响
• 4.4.3 初始磷浓度对热改性红壤吸附磷的影响
• 4.4.4 投加量对热改性红壤吸附磷的影响
• 4.4.5 初始 pH 对热改性红壤吸附磷的影响
• 4.5 本章小结
• 5 红壤除磷的等温吸附、热力学和动力学研究
• 5.1 吸附等温线
• 5.1.1 吸附等温模型简介
• 5.1.2 红壤的吸附等温线试验研究
• 5.1.3 热改性红壤的吸附等温线试验研究
• 5.2 吸附动力学
• 5.2.1 吸附动力学模型简介
• 5.2.2 红壤的吸附动力学
• 5.2.3 热改性红壤的吸附动力学
• 5.3 吸附热力学
• 5.3.1 吸附热力学参数介绍
• 5.3.2 不同供试红壤样品的热力学计算比较
• 5.4 小结
• 6 红壤除磷的实际应用与可行性评价
• 6.1 红壤对实际含磷废水的处理
• 6.1.1 实际废水来源及性质
• 6.1.2 试验测定方法
• 6.1.3 试验方法
• 6.1.4 试验结果
• 6.2 红壤处理含磷废水的可行性分析
• 6.3 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 本文创新点
• 7.3 存在的问题及展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集