硫酸亚铁改性粉煤灰去除水中低浓度磷的特性研究

程 婷

(太原工业学院，山西太原，030008)

硫酸亚铁改性粉煤灰去除水中低浓度磷的特性研究

程 婷

(太原工业学院，山西太原，030008)

研究以粉煤灰为原料、以硫酸亚盐为改性剂制得改性吸磷剂，研究其除磷性能，为制备低成本高效的水体除磷剂提供技术支持。实验结果表明：对于处理50mL的浓度为1mg/L的含磷废水，改性粉煤灰的最优实验条件：吸附剂投加量为5g，吸附时间为40min，溶液的pH值为7。此时，磷的去除率可达90%以上，并且去除率随着初始磷浓度的增加而下降。与天然粉煤灰相比，改性粉煤灰的除磷率从32.4%增加到89.7%，增大了57.3%。

粉煤灰 硫酸亚铁盐 吸附除磷

1 绪论

近年来，随着工业的发展和人类活动的加剧，水体富营养化的问题日益严重。水体富营养化主要是由于水中磷、氮含量过剩引起的，因此，必须进行水体除磷以防治水体富营养化。吸附法不但可以实现废水除磷，并能通过进一步的解吸处理进行磷资源的回收，是国内外研究的热点[1-3]。而工业废渣粉煤灰的多孔松散的特殊结构就决定了它的比表面积较大、比表面能较高，具有较强的吸附能力，可以用于废水处理[4-7]。

2 实验材料及方法

2.1 硫酸铁改性粉煤灰的制备

称取2.22g的FeSO4·7H2O溶于200mL的水中，加入100g经过烘干的粉煤灰，振荡1h，离心，洗至中性，烘干，备用。每克粉煤灰吸附亚铁离子1.12g。

2.2 实验方法

本吸附实验采用静态方法进行[8-9]。取一定磷浓度的水样于锥形瓶中，用NaOH调节溶液pH值，加入适量的改性粉煤灰，摇匀，置于恒温摇床中，设置转速为120r/min，进行吸附实验。

3 结果与讨论

3.1 磷标线的绘制

本实验根据钼酸铵分光光度法(GB 11893-89)进行磷浓度的测定[10-12]。磷标线如图1所示。

图1 磷溶液的标准曲线

3.2 粉煤灰改性前后除磷效果的比较

改性前后的粉煤灰的除磷效果如图2所示。

图2 粉煤灰改性前后除磷效果

由图2可以看出，原灰对磷的吸附效率随着投加量的增大而增大，但它的增长的幅度并不大。当投加量在3g以上时，其增长的速度明显缓慢，最大的去除率在30 %左右，对磷酸根的吸附能力较弱。经亚铁离子改性后的粉煤灰对磷的去除率的增长趋势较明显，去除率可达到70 %左右。当吸附剂的投加量为2g时，改性粉煤灰除磷效率比原灰的高27.5%。

3.2 改性粉煤灰投加量对除磷效果的影响

吸附剂投加量对除磷效果的影响如图3所示。

图3 粉煤灰投加量对去除率的影响

由图3可以看出，当改性粉煤灰的投加量为1g时，其对1mg/L磷的去除率为31%，当投加量为8g时，其去除率为86%，比投加4g时去除率高出26%。当投加量为10g时，其去除率为89.7%。因此可以看出出当改性粉煤灰的投加量在1-8g时其去除率的增加十分明显，在8g以上时其去除率虽然也会增加，但增加的十分缓慢。总体上的趋势是随着改性粉煤灰的增加，其吸附除磷的效率也在增加。所以在pH值为7的50mL的1mg/L含磷溶液中加入8g的改性粉煤灰，其吸附除磷效果最好。

3.3 吸附平衡时间对除磷效果的影响

吸附平衡时间对除磷的影响如图4所示。

图4 吸附平衡时间对去除率的影响

由图4可以看出，当吸附时间为3min时改性粉煤灰对1mg/L磷的去除率为88.5%，当吸附时间为10min时磷的去除率为92.3%，其去除率提高了4%左右。当吸附时间为40min以上时，其去除率为93.4%，基本保持不变。由此可以得出，吸附平衡时间在1-10min内时，粉煤灰的除磷效率是大幅度增加的，在40min以上时去除率比较稳定。总体上的趋势是随着吸附平衡时间的增加，其去除率先增加再趋于稳定。因此可以以40min作为最佳的吸附时间。所以用粉煤灰吸附pH值为7的50mL的1mg/L含磷溶液吸附时间为40min时，其吸附除磷效果最好。

3.4 溶液pH值对除磷效果的影响

不同pH值下的吸附情况如图5所示。

图5 溶液pH值对去除率的影响

由图5可以看到：当溶液的pH值为2时，改性后的粉煤灰对1mg/L 磷的去除率为96.1%，当pH值为7时，其去除率为93.8%，当pH值为10时，其去除率为63.4%。由此可知，吸附除磷效果在pH值为2-7的范围内比较稳定，吸附效率都在90%以上，吸附除磷效果较好。当pH值在8以上时吸附效率有所下降，且下降幅度较大。所以用改性粉煤灰吸附50mL的浓度为1mg/L的含磷溶液时，其溶液pH值为7时吸附除磷效果最好。

3.5 含磷溶液初始浓度对除磷效果的影响

不同初始含磷浓度的吸附容量如图6所示。

图6 初始含磷浓度对去除率的影响

由图6可以看到：当初始磷浓度为0.2mg/L时，其去除率为96.7%，当初始磷浓度为0.6mg/L时，其去除率为94.6%，溶液浓度为0.6mg/L时去除率比浓度为0.2mg/L的低2.1%，而溶液浓度为1.0mg/L时去除率比浓度为0.6mg/L的低0.8%。由此可以得出，随着溶液初始含磷浓度的增加，其去除效率有些许的降低，但都在90%以上。总体上的趋势是随着初始磷浓度的增加，其去除磷的效率相对稍微减小，但其相对应的除磷的量是也相对增加的。

4 结论

本实验在对粉煤灰的一些性质、危害和应用技术了解之后，研究了用改性后的粉煤灰与原灰对磷酸根离子的吸附效果的影响，以及吸附剂投加量、吸附平衡时间、溶液pH值、初始磷浓度对粉煤灰吸附除磷的影响，可以得到以下结论：

(1)经过硫酸亚铁盐改性后的粉煤灰与原灰的吸附除磷能力相比较，改性后的粉煤灰对磷酸根离子的吸附能力明显得到提高。

(2)对于处理50mL的浓度为1mg/L的含磷废水中，硫酸铁改性粉煤灰的最佳投加量为5g，最佳溶液pH值为7，吸附反应时间40min，磷的去除率可达90%以上。

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FerrousSulfate Modified Fly Ash Removal of Low Concentration of Phosphorus in Water Research

ChengTing

(TaiYuanInstituteofIndustrial,Taiyuan030008,ShanXi,China)

The research using fly ash as raw materials, the ferrous sulfate as modifier to prepare the phosphorus absorption agent and studying its performance of removing phosphorus, which mean to provide useful information for the water phosphorus removal with the low cost and high efficiency. The experimental results show: treating 50ml of phosphorus waste water which concentration is 1 mg/L, the optimal experimental conditions is that the adsorbent additive quantity was 5g, the adsorption equilibrium time was 40 min, the solutions of pH value was 7. At this point, the phosphorus removal rate can reach more than 90%, and with the increasing of initial concentration of phosphorus the removal rate decreased. Compared with the natural fly ash, the modified fly ash of phosphorus removal rate increased from 32.4% to 89.7% which had increased 57.3%.

fly ash; ferrous sulfate; adsorption removal of phosphorus