几种常见吸附剂对废水中低浓度磷的吸附

唐朝春　陈惠民　张琪　叶鑫　刘名

摘要：为了筛选出对磷吸附速率快、吸附量大且投加量小的吸附剂，以期应用于工程实践中，利用8种常见吸附剂对含磷量较低的二级生物处理后的出水进行吸附除磷。结果表明，氯化铝、热力贴与阴离子树脂对磷的吸附效果较好，其余5种吸附剂基本无吸附效果。其中，氧化铝和热力贴在30min后达到吸附平衡，吸附速率较快，而阴离子树脂在60min时还未达到吸附平衡，吸附速率较慢；氧化铝和阴离子树脂吸附量大，而热力贴吸附量较小；氧化铝、阴离子树脂和热力贴在投加量分别为0.2、1.0、2.0g/L时，经30min吸附，可使磷浓度从初始的0.900mg/L降到0.5mg/L以下。综合来看，对低浓度含磷废水的除磷效果为氧化铝>阴离子树脂>热力贴。

关键词：吸附剂；除磷效果；废水；磷酸盐

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）09-2227-03

水体富营养化已经成为中国首要的环境问题。2013年，在中国61个湖泊（水库）中开展了关于营养状态的监测，其中1个为中度富营养状态，占1.64%：16个为轻度富营养状态，占26.23%：35个为中营养状态，占57.38%：9个为贫营养状态。占14.75%。其中磷是导致水体富营养化的主要因素之一。水体中的磷来源分为两类：一类是水体底泥释放磷酸盐：另一类是人类活动带入水体的磷酸盐，主要有农田施肥流入和污水处理厂二级出水流入，施肥流入可以通过科学调配施肥量加以控制。而当前污水处理厂的二级出水含磷量较难达到城镇污水处理厂污染物排放一级A标准，从而导致水体营养状态进一步恶化。因此二级出水除磷是当前研究的重点和热点。

现今除磷的方法很多，大致分为化学法（混凝沉淀法和电解法）、生物法（微生物法和水生物法）、物理法（吸附法）、膜技术处理法等。其中，化学法、生物法存在处理费用高、效果不稳定等缺陷；膜技术处理法则存在寿命短、易堵塞、过水量小等缺点；而吸附法具有耗能小、污染少、去除快、容量大、可再生、出水洁净等优点，在实际除磷中得到广泛认同和应用。当前污水处理厂二级出水属于含磷量较低的不达标水体，且其他污染物的含量也较少。针对这类情况的水体，选择吸附法来控制磷达标无疑是最佳的。本试验考察了常用吸附剂对模拟低浓度含磷废水的吸附效果，旨在选取高效去除低浓度磷的吸附剂，以期为二级出水除磷工程吸附剂的选择提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验仪器

85-2数显恒温磁力搅拌器（金坛市鑫鑫实验仪器厂）：XFS-280MB手提式压力蒸汽灭菌器（浙江新丰医疗器械有限公司）：移液器（1000-5000μL，上海汉林实验仪器有限公司）：AB204-N型电子天平[梅特勒一托利多仪器（上海）有限公司]；哈希分光光度计（DR/2500，美国HACH公司）。

1.2 试验配水

称取一定量的固体KH₂PO₄，加去离子水配成0.900mg/L的含磷水样，用稀硫酸微调pH至7.3，待用。

1.3 吸附材料

试验所用材料有阴离子交换树脂、氧化铝、硅藻土助滤剂、钠基改性膨润土、煤渣、沸石、核桃壳、热力贴。其中，阴离子树脂购白天津波鸿树脂科技有限公司：氧化铝购自中国铝业股份有限公司河南分公司：硅藻土助滤剂购自信师矿业发展公司；钠基改性膨润土购白天元非金属制品有限公司：煤渣来自江苏镇江：沸石来自内蒙古赤峰：核桃壳来自新疆阿克苏核桃：热力贴购自中尚日用品有限公司，主要成分为铁粉、水、活性炭、蛭石、吸水性树脂和盐。

1.4 试验方法

1.4.1 吸附时间对磷的吸附影响 准确称取0.1g阴离子树脂、氧化铝、硅藻土助滤剂、钠基改性膨润土、煤渣、沸石、核桃壳、热力贴于250mL具塞锥形瓶中，加入100mL质量浓度为0.9mg/L的磷溶液。在（25+1）℃下，恒温磁力搅拌。转速为180r/min。取样时间设定为5、15、30、45、60min，用0.45μm针管滤头过滤悬浮液，采用钼锑抗分光光度法测定滤液中的磷含量，最后与初始磷质量浓度进行对比，计算去除率。

本试验来源于某集团尾水吸附除磷工程的试验部分。由于需要处理的水量较大，且要求快速吸附除磷。故吸附取样时间选取较短。控制在60min内。

1.4.2 吸附材料投加量对磷的吸附影响 8种吸附剂各取5个不同投加量置于250mL具塞锥形瓶中，加入100mL质量浓度为0.900mg/L的磷溶液，在（25+1）℃下恒温磁力搅拌30min，用0.45μm针管滤头过滤悬浮液，采用钼锑抗分光光度法测定滤液中的磷含量，最后与初始磷质量浓度进行对比。计算去除率。各吸附剂投加量分别为0.5、1.0、2.0、5.0、10.0g/L（氧化铝除外，氧化铝投加量为0.1、0.2、0.3、0.5、1.0g/L）。试验中，由于氧化铝吸附除磷效果很好，故所选取的5个投加量都较其余7个更小。

2 结果与分析

2.1 吸附时间对磷去除效果的影响

阴离子树脂、硅藻土助滤剂、钠基改性膨润土、煤渣对低浓度含磷水样的吸附除磷效果如图1A所示，氧化铝、沸石、核桃壳、热力贴对低浓度含磷水样的吸附除磷效果如图1B所示。从图1可以看出，氧化铝对低浓度含磷废水的吸附效果最佳，5min内去除率达到50%，30min内几乎完全去除，吸附速率是8种吸附剂中最快的：其次是阴离子树脂。60min内的吸附曲线类似一次函数y=-0.01286x+0.9，各时间段上吸附较为均匀，60min除磷率达到88.9%：再次是热力贴，在30min后吸附趋于平稳，达到吸附饱和。渐近y=0.580。吸附效果较好，可能是其中的铁粉、活性炭、蛭石对磷酸根起到了吸附作用；硅藻土助滤剂、钠基改性膨润土、煤渣、沸石、核桃壳5种吸附剂虽然是常见吸附剂。但是对低浓度含磷水样的除磷效果较差，60min内几乎无吸附效果。

在相同投加量情况下，由上述结果可知，氧化铝吸附速率快且吸附量大，是最佳的二级出水除磷吸附剂，特别适合二级出水水力停留时间较短的情形：阴离子树脂的吸附速率较氧化铝慢，但是吸附量大，最终吸附效果等同于氧化铝，在水力停留时间较长情形下，阴离子树脂和氧化铝都可作为首选：热力贴的吸附速率快但吸附量偏小，由于其作为使用后的废弃物用于吸附，因此从经济角度出发是不错的选择：其余5种吸附剂不适合低浓度磷的吸附。

2.2 吸附剂投加量对磷去除效果的影响

阴离子树脂、硅藻土助滤剂、钠基改性膨润土、煤渣对低浓度含磷水样的吸附除磷效果如图2A所示，沸石、核桃壳、热力贴对低浓度含磷水样的吸附除磷效果如图2B所示，氧化铝对低浓度含磷水样的吸附除磷效果如图2C所示。由图2可以看出，这8种吸附剂中，氧化铝、阴离子树脂和热力贴吸附效果较好，这3种吸附剂投加量分别在0.2、1.0、2.0g/L时，可以使剩余磷浓度降到0.5mg/L以下，满足磷的城镇污水处理厂污染物排放一级A标准，相比之下。其余5种吸附剂对磷的吸附效果较差，即使吸附剂投加量加大到10.0g/L，都难将剩余磷浓度降到0.850mg/L以下。

在相同吸附时间情况下，模拟含磷废水进行吸附。水力停留时间只有30min时，投加微量的氧化铝即能使出水含磷量达到城镇污水处理厂污染物排放一级A标准：阴离子树脂和热力贴吸附量随投加量成倍增长。对磷酸盐吸附效果较好，只要投加一定的量，两者都可在短时间内达到快速除磷的目的。

3 结论

工程实践中二级出水停留在吸附塔（池）的时间较短。往往要求快速吸附。通过试验得知。氧化铝具有吸附速率快、吸附量大、投加量小的优势，阴离子树脂具有吸附速率较慢、吸附量大、投加量较小的特点，热力贴具有吸附速率快、吸附量小、投加量较小、废弃物再利用的特点，其余5种吸附剂则表现出吸附速率很慢、吸附量很小、投加量很大等劣势。综上所述，8种吸附剂对低磷废水中磷的去除效果为氧化铝>阴离子树脂>热力贴>其余5种吸附剂。针对低浓度含磷废水选用合适的吸附剂除磷是完全可行的。