付登強(qiáng)，楊偉波，劉小玉，余鳳玉

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 椰子研究所，海南 文昌 571339)

珍珠巖微粉是膨脹珍珠巖生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一種超細(xì)白色粉末，是制備膨脹珍珠巖顆粒的副產(chǎn)物，具有無毒、無味、不燃燒、耐酸堿的特點(diǎn)。急速高溫膨脹賦予了珍珠巖微粉大量微孔和巨大的比表面積，通過表面改性開辟新的用途一直是珍珠巖材料研究的重要方向[1-5]。高磷污水的處理一般要先經(jīng)過化學(xué)沉淀，硫酸鐵是常用的低成本除磷劑之一，但當(dāng)投加硫酸鐵過量時(shí)，會(huì)造成出水含鐵離子而水色發(fā)黃，其溶液對設(shè)備和管道的腐蝕性也較強(qiáng)。利用熱處理技術(shù)將硫酸鐵固載于珍珠巖微粉表面可制備一種廉價(jià)的新型除磷劑，其磷吸附特性決定其在高磷污水處理中的應(yīng)用前景。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

供試膨脹珍珠巖微粉(微粉)、改性膨脹珍珠巖微粉(改性微粉)樣品均由海南藍(lán)箭輕型建材貿(mào)易有限公司提供；供試污水，采自文昌市某污水處理廠(污水樣品經(jīng)慢速濾紙過濾后備用，鉬銻抗比色法測定其含磷量為(0.22±0.02)mg/L，pH值為7.2±0.1，電導(dǎo)率為(367±11)μs/cm)。

梅特勒-托利多FE20 pH計(jì)；精科752N紫外可見光分光光度計(jì)；賽福BHWY-1102C變頻搖床。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 吸附時(shí)間對磷吸附量的影響 稱取0.50 g改性微粉樣品于50 mL離心管中，加入20 mL磷濃度為100 mg/L的磷酸二氫鉀溶液，加甲苯2滴防止微生物生長，在25 ℃恒溫室中分別振蕩10 min和24 h，用慢速濾紙過濾，鉬銻抗比色法測定濾液磷濃度，重復(fù)1次。

1.2.2 溶液pH值對磷吸附量的影響 稱取0.50 g改性微粉樣品7份于帶刻度的50 mL離心管中，分別加入10 mL磷濃度為200 mg/L的磷酸二氫鉀溶液和5 mL蒸餾水，用稀氫氧化鈉溶液或稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值到3.0，4.0，5.0，6.0，8.0，10.0，12.0后用蒸餾水定容到20 mL，加甲苯2滴防止微生物生長，在25 ℃恒溫室中振蕩24 h，用慢速濾紙過濾，鉬銻抗比色法測定濾液磷濃度，重復(fù)1次。

1.2.3 微粉添加量對磷吸附的影響 分別稱取0.10，0.20，0.40，0.60，0.80，1.00 g改性微粉樣品于50 mL離心管中，分別加入20 mL磷濃度為100 mg/L的磷酸二氫鉀溶液，加甲苯2滴防止微生物生長，在25 ℃恒溫室中振蕩24 h，用慢速濾紙過濾，鉬銻抗比色法測定濾液磷濃度，重復(fù)1次。

1.2.4 磷吸附與解吸等溫線測定 分別稱取0.50 g微粉和改性微粉樣品于50 mL離心管中，分別加入20 mL磷濃度為0，5，10，20，40，60，80，100 mg/L的磷酸二氫鉀溶液，加甲苯2滴防止微生物生長，在25 ℃恒溫室中振蕩24 h，用慢速濾紙過濾，收集濾液用鉬銻抗比色法測定磷濃度。然后，用10 mL蒸餾水清洗離心管并用于淋洗濾紙上的樣品，再用20 mL蒸餾水分2次淋洗樣品和濾紙，80 ℃烘干后將樣品再次轉(zhuǎn)入50 mL離心管中，加入20 mL蒸餾水，加甲苯2滴防止微生物生長，在25 ℃恒溫室中振蕩24 h，用慢速濾紙過濾，收集濾液用鉬銻抗比色法測定磷濃度。重復(fù)1次。

1.2.5 改性微粉去除模擬高磷污水中的磷 通過添加磷酸二氫鉀調(diào)節(jié)污水樣品的磷濃度為0.2，50.0，100.0，200.0 mg/L，加入25 g/L改性微粉和適量甲苯，在25 ℃恒溫室中振蕩24 h，用慢速濾紙過濾，鉬銻抗比色法測定濾液磷濃度，重復(fù)1次。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附時(shí)間對吸附量的影響

振蕩吸附10 min和24 h后，平衡液的磷濃度分別為(6.49±0.17)mg/L和(6.30±0.14)mg/L，溶液磷去除率分別為93.51%和93.70%，改性微粉磷吸附量分別為(3.740±0.007)mg/g和(3.748±0.006)mg/g，振蕩吸附10 min比24 h的磷吸附量略少，但差異不顯著。

2.2 溶液pH值對磷吸附量的影響

不同pH值條件對改性微粉磷吸附的影響見圖1。

圖1 不同pH值對改性微粉磷吸附的影響Fig.1 The effects of different pH on P adsorption by modified expanded perlite powder

由圖1可知，溶液pH值顯著影響改性微粉對磷的吸附，在3～12的范圍內(nèi)，隨pH值的增加，改性微粉對磷的吸附量先增加后降低，酸性條件下磷容易被改性微粉吸附。當(dāng)溶液pH值為5.0時(shí)，改性微粉磷吸附量最大，為3.96 mg/g，此時(shí)溶液中的磷去除率達(dá)98.68%。

污水的pH是影響除磷效率的重要因素。本研究中，改性微粉在pH為3～6的范圍內(nèi)對磷的去除率均較高，最適pH為5.0。邢偉等[6]認(rèn)為硫酸鐵等鐵鹽除磷的原理是Fe3+與水形成的多核羥基絡(luò)合物能吸附大量的磷酸根，并有效地降低或消除水體中膠體的ξ電位，使膠體凝聚，再通過沉淀分離將磷去除，F(xiàn)e3+除磷最適宜的pH為4.5～5。張亞勤[7]認(rèn)為pH值為5.5左右時(shí)磷酸鐵的溶解度最小，是鐵鹽除磷的適宜條件。董文藝[8]研究了硫酸鐵等7種藥劑在不同pH條件下對生活污水的化學(xué)除磷效果，當(dāng)pH為4.0時(shí)硫酸鐵的除磷效果最好。趙輝等[9]的研究結(jié)果則為污水初始pH為9時(shí)，硫酸鐵的除磷效率最高。由于污水成分存在差異，硫酸鐵除磷實(shí)際生成物的成分復(fù)雜，適宜的pH范圍存在差異，在具體應(yīng)用中需要測試確定。

2.3 微粉添加量對磷吸附的影響

不同添加量對改性微粉磷吸附的影響見圖2。

圖2 不同添加量對改性微粉磷吸附的影響Fig.2 The effects of different pH on P adsorption by modified expanded perlite powder

由圖2可知，隨著改性微粉投加量的增加，溶液磷去除率會(huì)出現(xiàn)一最高值，而后稍有下降。

2.4 改性微粉的磷吸附解吸等溫線

圖3是微粉和改性微粉25 ℃條件下的磷吸附等溫線。

圖3 磷吸附等溫線Fig.3 The phosphorus adsorption isotherm

由圖3可知，微粉的吸附等溫線呈直線型，磷吸附量隨溶液磷濃度的增加緩慢提高。改性微粉的吸附等溫線與Langmuir單表面方程曲線比較吻合。微粉經(jīng)過改性后的磷吸附能力顯著增加。

圖4為微粉與改性微粉的磷解吸曲線。

圖4 磷吸附解吸曲線Fig.4 The phosphorus adsorption and desorption curve

由圖4可知，隨磷吸附量的增加，微粉和改性微粉的磷解吸量均逐漸增加，微粉的平均解吸率為37.0%，改性微粉的平均解吸率為0.74%，在相同吸附量情況下，微粉的解吸量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于改性微粉的解吸量，改性微粉對磷的固定能力較強(qiáng)。

2.5 改性微粉去除模擬污水中的磷

改性微粉對不同磷濃度模擬污水磷去除的效果見圖5。

圖5 改性微粉去除模擬污水中的磷Fig.5 The phosphorus removal from simulated sewage by modified perlite powder

由圖5可知，當(dāng)磷濃度為50 mg/L時(shí)，改性微粉磷去除率達(dá)99.29%，污水殘磷濃度為0.35 mg/L，含磷量符合國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918)的一級A類排放標(biāo)準(zhǔn)(≤0.5 mg/L)。

趙艷鋒等[10]利用鐵尾礦的酸浸液對硅藻土進(jìn)行改性，20 min為吸附平衡時(shí)間，對于50 mL 5 mg/L的含磷廢水，改性硅藻土投加量1.2 g，磷去除率可達(dá)81.08%。鐵尾礦的酸浸液可以替代硫酸鐵進(jìn)行珍珠巖微粉改性制備污水除磷劑，將有助于進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

3 結(jié)論

(1)酸性條件下，硫酸鐵熱改性珍珠巖微粉的吸附能力較強(qiáng)，pH值為5.0時(shí)吸附量(3.96 mg/g)最大。

(2)硫酸鐵熱改性珍珠巖微粉對溶液磷的吸附速率快，充分?jǐn)嚢?0 min即可完成吸附。

(3)模擬污水磷濃度為50 mg/L時(shí)，添加25 g/L 改性微粉的磷去除率達(dá)99.3%，污水殘磷濃度為0.35 mg/L，含磷量符合國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918)的一級A類排放標(biāo)準(zhǔn)(≤0.5 mg/L)。

(4)硫酸鐵熱改性珍珠巖微粉在酸性、高磷廢水的快速除磷處理中具有一定的應(yīng)用潛力。