论文摘要
磷资源短缺与磷污染导致的水体富营养化之间的矛盾,使人们对污水中磷的研究从去除转为回收。本文基于吸附法回收污水中磷存在污水中悬浮物浓度过高会累积并堵塞固定床吸附剂床层,而采用流化床装置,其吸附剂的回收困难等问题,研究将类水滑石化合物负载在磁性载体上,合成一种磷吸附性能良好的磁性吸附剂,并可用磁分离技术加以回收。本文首先以在微米级四氧化三铁粉末表面共沉淀的方法制备了一系列磁性类水滑石化合物,并研究了他们对污泥脱水液中磷酸根的吸附性能。实验表明,Zn/Al摩尔投料比2:1,制备温度70℃、共沉淀剂为NaOH(20%)、陈化时间为6h及焙烧温度为300℃时制得的磁性Zn-Al类水滑石(Zn-Al-300)对城市污水处理厂污泥脱水液中磷酸盐的吸附效果最好。表征分析表明本文所合成的化合物是四氧化三铁磁核处于高度分散状态的的磁性类水滑石,可采用磁分离技术加以分离和回收,其焙烧产物可有效吸附污水中的磷酸根,在吸附剂表面形成一种混合磷酸盐晶体;磁性Zn-Al类水滑石的热分解过程分两个阶段:第一个热分解阶段对应着吸附水、层间水的脱除以及部分羟基、碳酸根离子、氯离子等其他阴离子的脱除;第二个热分解阶段对应着残余层板羟基及层间阴离子的脱除。本文进一步研究了磁性Zn-Al-300吸附剂吸附污水中磷的影响因素,研究表明:在pH6-9范围内吸附剂磷吸附效果较好;随初始磷浓度的升高,吸附剂磷吸附量增大污水中磷去除率有所降低;对磷浓度分别为20.8 mg·L-1和36.7 mg·L-1的污泥脱水液,在吸附剂投加量分别为0.75 g·L-1和1.75 g·L-1时磷去除率达到100%。此外,振荡可使吸附作用加快,振荡吸附24h基本达到吸附平衡。该吸附剂吸附污泥脱水液中磷酸盐的吸附动力学方程拟合效果表现为假二级动力学方程>叶洛维奇方程>假一级动力学方程;吸附等温线符合Langmuir模型。磁性Zn-Al-300吸附剂对几种常见阴离子的吸附选择性表现为:CO32-> SO42->NO3->Cl-。吸附剂的解吸采用7% NaOH溶液,其磷解吸率达91.4%,吸附剂的再生采用焙烧法。对于富集磷酸盐后的解吸液,按照Ca/P摩尔比2.2投加无水氯化钙时水中的磷几乎被沉淀完全。夹套式磁分离反应器连续流实验结果显示,该吸附剂对污泥脱水液中磷的吸附量较静态实验时低,为保证出水处理效果及达标情况,反应器宜采用多级处理。吸附剂反复使用五次后,再生率仍高达55.3%,通过向解吸废液中投加NaOH可将解吸液循环使用;确立了除磷-吸附剂解吸再生-磷回收这一三段式磷回收整体工艺路线。
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