矿物及炉渣在水体除磷中的作用及其机理研究

论文摘要

水体富营养化已造成严重的水污染。据统计世界上40%、我国65%的湖泊和水库已发生不同程度的富营养化。水体富营养化的重要控制因素是磷。目前,国内外对富营养化湖泊的治理方法主要有:工程措施、物理化学法、生物法等。然而,这些方法的除磷结果虽达到降磷效果,但磷含量仍然在爆发富营养化底线(0.01—0.02mg/l)以上,不能真正解决水体富营养化问题。 作者根据晶体生长和矿物学思想,在实验室利用蛭石、磷灰石、方解石和炉渣对人工配水和生活污水进行了除磷实验研究。研究结果表明,这些材料都对水体中的磷具有不同程度的去除作用,其中炉渣和磷灰石的除磷效果最好,降磷至水体富营养化临界值以下。 炉渣的除磷:对不同浓度的人工配水和校内的生活污水进行了批实验和柱实验,以及温度、pH影响的实验。结果表明除磷效果很好,一定条件下,出水磷含量可降至水体富营养化临界值以下。存在问题是出水pH值高。 蛭石的除磷:经过膨化的蛭石除磷效果明显,降磷可接近水体富营养化底线。但问题是,除磷后溶液pH值高,除磷效果不稳定。 方解石的除磷:初始含磷浓度和温度影响方解石除磷效果,当配水含磷浓度3mg/l以上、溶液含Ca、F、加热条件下,除磷后磷浓度可降至0.026mg/l,接近水体富营养化底线。问题是初始含磷浓度3mg/l以下除磷效果不明显。 磷灰石的除磷:在配水中加入Ca、F除磷效果明显且稳定,特别是对低浓度含磷(如1mg/l,0.5mg/l)配水除磷效果仍好,接近富营养化底线。加热后或溶液pH=10时,磷灰石降磷至富营养化临界值以下。根据资料,这是目前含磷污水处理含磷量最低值。除磷过程pH值基本不变。 对除磷产物进行了红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜和透射电镜测试分析。认为其产物是类似于磷灰石的物质,但结晶程度不高。磷灰石起到晶芽的作用。方解石无晶芽作用。总之,碱性条件下在含磷溶液中有Ca、F离子,以及磷灰石晶芽存在时,除磷后使溶液磷含量降至富营养化底线以下,在实验室条件下基本解决了水体的富营养化问题。以上除磷原理,实质是Ca—P化学沉淀结晶的过程,而非物理吸附除磷。

论文目录

• 1 引言
• 2 自然界中的磷和水体富营养
• 2.1 地质体中的磷
• 2.2 水体中的磷
• 2.3 水体的富营养化
• 2.4 富营养化治理现状
• 2.4.1 工程措施
• 2.4.2 物理化学法
• 2.4.3 生物法
• 2.4.4 晶芽辅助结晶法
• 2.4.5 矿物及无机材料吸附法
• 2.5 其它处理方法
• 2.6 论文选题意义
• 3 矿物及炉渣除磷的理论依据及分析仪器
• 3.1 磷灰石族矿物
• 3.2 晶体生长理论
• 3.2.1 层生长理论
• 3.2.2 螺旋生长理论
• 3.3 本实验基本思路
• 3.4 分析方法及仪器参数
• 3.4.1 分析方法
• 3.4.2 检测仪器主要参数
• 3.4.3 采用试剂
• 4 矿物及炉渣含磷水体的除磷实验
• 4.1 炉渣的除磷实验
• 4.1.1 不同滤料对磷的去除性能比较—批实验
• 4.1.2 炉渣除磷批实验的主要影响因素
• 4.1.3 炉渣除磷柱实验
• 4.1.4 炉渣除磷结论
• 4.2 蛭石除磷实验及影响因素
• 4.2.1 蛭石除磷有效性实验
• 4.2.2 蛭石的活化处理
• 4.2.3 吸附平衡时间的确定
• 4.2.4 蛭石用量的影响
• 4.2.5 蛭石除磷溶液pH变化
• 4.3 方解石的除磷实验
• 4.3.1 方解石除磷有效性实验
• 4.3.2 方解石对不同含磷浓度的除磷效果
• 4.3.3 方解石加热实验
• 4.3.4 方解石降磷的实验结论
• 4.4 磷灰石辅助结晶法除磷实验
• 4.4.1 实验配方组成及配方除磷有效性
• 4.4.2 重复平行实验
• 4.4.3 常温下相同组份不同配比的除磷实验
• 4.4.4 加热除磷实验
• 4.4.5 不同温度加热实验比较
• 4.4.6 室温下Ph值对磷灰石除磷的影响
• 4.4.7 磷灰石除磷实验结论
• 5 炉渣和矿物除磷机理探讨
• 5.1 阴离子的影响
• 5.2 阳离子的影响
• 5.3 温度和pH值的影响
• 5.4 除磷生成物分析及除磷机理讨论
• 5.4.1 炉渣除磷生成物分析及讨论
• 5.4.2 方解石除磷生成物分析及讨论
• 5.4.3 磷灰石除磷产物分析及讨论
• 5.4.4 污水除磷系列方法对比及除磷机理讨论
• 5.5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录