论文总字数：14927字

目 录

1引言 3

1.1方解石的基本性质 3

1.2含磷废水处理技术研究进展 3

1.2.1方解石除磷的机理研究 3

1.2.2方解石除磷的影响因素 4

1.3本课题研究目的及内容 4

2实验材料与方法 4

2.1实验材料 4

2.1.1实验试剂 4

2.1.2实验仪器 5

2.2实验方法 5

2.2.1平衡水的制备 6

2.2.2预平衡试验 6

2.2.3吸附/解吸试验 6

2.3分析方法 6

2.3.1pH值的测定 6

2.3.2溶液中磷的测定 6

2.3.3溶液中钙的测定 7

3.实验结果与讨论 8

3.1不同pH条件下方解石对不同磷浓度的吸附动力学实验 8

3.1.1 pH为7.7时方解石对不同磷浓度的吸附动力学 8

3.1.2 pH为8.3时方解石对不同磷浓度的吸附动力学 9

3.1.3 pH为9.1和10.1时方解石对不同磷浓度的吸附动力学 10

3.2影响方解石除磷的因素 12

3.2.1 pH对方解石除磷的影响 12

3.2.2 初始磷浓度对方解石除磷的影响 13

4.结论 14

参考文献： 14

致谢 16

不同pH条件下方解石对磷的吸附/解吸研究

孙富兰

，China

Abstract: In this paper, the adsorption / desorption of phosphorus under different pH conditions was studied. The results showed that：1) kinetic curves show , pH 7.7, initial phosphorus concentration is 5ppm, 7.5ppm, 10 ppm, the adsorption amount respectively in the adsorption time to 6 h, 3 h, 1.5 h after increases rapidly and desorption decreased or no desorption, suggesting that at this stage precipitation process; pH 8.3, initial phosphorus concentration of 10ppm. After 10 h of adsorption adsorption capacity of a sudden increase, desorption is reduced, suggesting that at this stage there is precipitation occurred. 2）Under the same conditions, the removal rate of calcite was decreased with the increase of pH under the same temperature as 25 C and the initial phosphorus concentration. When pH was 7.7, the maximum removal rate was about 95%, the second was pH 8.3, the maximum removal rate was about 85%, Under the condition of pH9.1 and 10.1, the removal rate was the lowest. 3) in pH for 7.7 and 8.3, respectively, at the concentration of 3ppm and 7.5ppm, the removal rate decreased gradually, and then the removal rate showed an upward trend. When pH was 9.1 and 10.1, the removal rate of phosphorus showed a slow downward trend with the increase of the concentration.

Key words: Calcite; phosphats; adsorption / desorption;kinetics

1引言

富营养化导致水体恶化是数十年来引起各国学者所关注的水环境污染问题^[1]。它不仅使水体丧失应有功能, 而且使水体生态环境向不利于人类的方向演变^[2]。磷是水体富营养化的主要控制因素， 所以废水除磷是预防水体富营养化的重要手段^[3]。根据英国国家环境署规定，静止水体总磷浓度 0.086mg/l 为水体富营养化的临界值^[4]。而佛西川等在七十年代初期对磷与藻类生长相关性的研究, 当水体中磷浓度低于0.003mg/L时, 就可能限制藻类的生长^[5]。在我国，大部分河流和湖泊都处于半富营养化或营养化的状态。是以，找到一种高效去除水体中磷元素的方法对控制磷污染有重要的指导意义。

1.1方解石的基本性质

方解石的分布十分广泛，是一种碳酸钙矿物。方解石的晶体形状多种多样，常见完好的晶体，集合体常呈粒状、块状、纤维状、钟乳状、土状及晶簇等^[6]。方解石的分子式为CaCO₃ ，化学组成CaO占56.03%，CO₂占43.97%，常含Mn和Fe，有时含Sr。

方解石是近年来出现的新型天然吸附材料，化学成分是CaCO₃，是晶型属三方晶系的碳酸盐矿物，对磷酸盐具有较强的固定能力，可有效去除水中的磷酸盐^[7-10]。并且方解石具有无毒无害、价格便宜、比表面积大、吸附性能好的特点，在底泥覆盖等深度除磷系统中已得到广泛应用^[11]。已有的研究表明,当固定在方解石表面的磷酸盐达到一定含量时可作为磷提取原料,重新利用,而使用过的方解石具有较未使用过的方解石更好的除磷效果。

1.2含磷废水处理技术研究进展

对于除磷技术的研究和应用已有20多年的历史，废水除磷的方法主要包括：生物法、化学沉淀法、物理吸附法、膜技术处理法和土壤处理法等等^[12]。其中物理吸附法是利用某些多孔或大比表面积的固体物质对水中磷酸根离子的亲和力来实现废水除磷的一种方法^[13]。反应过程中的吸附除磷，包括固体表面的物理吸附、离子交换形式的化学吸附以及固体表面的沉积过程，并进一步通过解吸处理可以回收磷资源^[14]。

本文主要研究了在不同pH条件下方解石对磷的吸附/解吸。学者们对方解石吸附除磷的研究主要集中在对其作用机理以及影响因素方面，对于方解石对磷的解吸方面少有研究。

1.2.1方解石除磷的机理研究

在除磷机理方面学者们有不同的意见，主要可总结为三点^[15-17]。一是通过吸附作用，方解石比表面积较大，表面有较多的吸附位，能良好吸附水中游离的PO₄^3－，从而去除水中的磷；二是通过溶液中生成钙-磷沉淀，认为方解石溶出了[Ca^2＋]，提高了Ca-P的饱和指数，从而产生Ca-P沉淀去除了水中的磷；三是随着PH值增加到碱性条件下，方解石表面发生钙磷表面沉淀（化学吸附），即在较低的饱和指数（SI）下，HPO₄^2－直接与方解石表面的Ca^2＋结合，以方解石为基核在表面形成Ca-P晶体。

1.2.2方解石除磷的影响因素

对方解石除磷的影响因素方面的研究，主要研究的因素有pH、初始磷浓度、温度、吸附时间、其他离子、方解石粒径等。赵雪松^[15]等人研究认为，pH值影响方解石吸附除磷的能力与该pH值时对水体碳酸钙饱和指数SI值相关，其研究表明，方解石对磷的去除率在pH=6时高于pH=7和pH=9时，pH=9时高于pH=7时。从海兵^[18]等人研究认为，方解石粉的粒径越细，颗粒比表面积就越大，Ca-P在方解石表面的结晶量就越大，除磷能力越强。许虹^[18]等人研究认为，初始磷浓度影响降磷效果，初始磷浓度分别为5mg/L、3mg/L、1.2mg/L时，磷的去除率分别为88.48%、69.94%、12.68%；盛夏^[11]等人研究认为随着初始磷浓度的增加，方解石对磷的去除率由20%增加到49%。另外许虹^[19]等人认为，高温大大有利于除磷效果的提高，在高温下含磷溶液的磷浓度可由0.590mg/L降至0.0108mg/L。印红伟^[20]等人研究认为，Mg^2－在pH=6.0时，抑制了方解石对高浓度磷酸盐的吸附，在pH=10.0时促进了磷酸盐的吸附；溶液里Mg^2－与NH₄^＋共存时，可以通过生成磷酸铵镁沉淀物与方解石共同去除水中的磷酸盐；在pH=6.0时，SO₄^2－降低了方解石对磷酸盐的吸附效率；NH₄^＋与草酸在pH≥6.0时，抑制方解石对磷的吸附。

1.3本课题研究目的及内容

本文通过在不同条件下进行方解石对磷的吸附/解吸实验，研究方解石对磷的吸附/解吸规律。

1. 研究不同pH条件下方解石对不同磷浓度的吸附/解吸动力学。
2. 研究pH对方解石除磷的影响。
3. 研究初始磷浓度对方解石除磷的影响。

2实验材料与方法

2.1实验材料

2.1.1实验试剂

本实验所用化学试剂如表2-1所示

表2-1 实验化学药品

2.1.2实验仪器

本实验所需仪器的型号及厂家如表2-2所示，此外还需用到的仪器有烧杯、玻璃棒、容量瓶、移液管、针筒、水系滤头、离心管（50ml）、洗瓶等。

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