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(jié)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(guān)數(shù)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(guān)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(yǎng)化的主要原因,吸附法是除磷的最有效方式之一,但常規(guī)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(fā)和應(yīng)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(zhì)、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(chǎn)生較強的吸附親和力,且其分散的顆粒,可以相互作用結(jié)合成較大的聚集體,從而發(fā)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(nèi)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(jié)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(jié)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(wěn)定,吸附動態(tài)達到平衡。
對實驗數(shù)據(jù)用一級和二級吸附速率方程進行線性回歸[2],結(jié)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(guān)系數(shù)>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(jié)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(shù)據(jù)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(jié)果見表2:Langmuir,BET的擬合參數(shù)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(diào)節(jié)不同pH值,振蕩30min,過濾后收集濾液測其濃度。結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(yīng)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(guān)系數(shù)R在0.99以上;符合Freundlich吸附等溫式,相關(guān)系數(shù)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。
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