生物炭对基质吸附磷的影响研究

论文总字数：18216字

目 录

中文摘要………………………………………………………………..1

英文摘要………………………………………………………………..2

1.引言…………………………………………………………………...3

1.1 水体中的磷治理现状…………………………………………………………………….3

1.1.1生态系统中的磷循环……………………………………………………………..3

1.1.2水体中的磷的分类和来源………………………………………………………..3

1.1.3水体中磷的危害…………………………………………………………………..3

1.1.4水体中磷的去除…………………………………………………………………..3

1.2生物质炭的研究…………………………………………………………………………..5

1.2.1生物质炭的性质与特点…………………………………………………………..5

1.2.2生物质炭的应用…………………………………………………………………..5

1.3研究课题的研究意义…………………………………………………………………….6

2.材料与方法…………………………………………………………..6

2.1实验材料………………………………………………………………………………….7

2.2实验药品与仪器………………………………………………………………………….7

2.2.1实验药品……………………………………………………………………………7

2.2.2实验仪器……………………………………………………………………………7

2.3实验方法………………………………………………………………………………….7

2.3.1基质准备……………………………………………………………………………7

2.3.2磷的测定方法………………………………………………………………………8

2.3.3基质对磷的动力学吸附实验………………………………………………………8

2.3.4基质对磷的热力学吸附实验………………………………………………………9

2.3.5生物质炭表征及基质pH和可交换磷测定……………………………………….9

3.结果与分析…………………………………………………………..9

3.1基质对磷的动力学吸附………………………………………………………………….9

3.2基质对磷的热力学吸附…………………………………………………………………11

3.3生物质炭表征的观察……………………………………………………………………14

3.4基质pH对吸附量影响………………………………………………………………….14

3.5可交换磷的测定结果……………………………………………………………………15

4.结论………………………………………………………………….15

参考文献………………………………………………………………16

致谢……………………………………………………………………17

生物炭对基质吸附磷的影响研究

华哲超

, China

Abstract：In this paper, mixture of coconut shell biochar and bamboo biochar with substrate (sand) with 0、5%、10%、15% and 20% researched factors and mechanisms of biochar affected adsorbing phosphorus of substrates. Result showed that adsorption dynamics experiment can describe in terms of pseudo-second-order kinetic equation which indicated that that the adsorption phosphorus process of substrates with biochar is a chemical adsorption. In the process of adsorption, the adsorption capacity of the substrates consists of coconut shell biochar (coconut-shell-biochar-sand) enhanced with increased the equilibrium concentration. Both Langmuir and Freundlich equation can match the process of adsorption phosphorus of coconut-shell-biochar-sand substrates. Substrate (bamboo-biochar-sand) indicated negative adsorption in the isothermal experiment, and negatively adsorb quantity enhanced when increase the equilibrium concentration. The pH and exchangeable phosphorus is higher when the higher biochar addition into substrate. These results suggested that substrate with coconut shell biochar is an excellent adsorbent to deal with phosphorus in the waste water.

Key words: phosphorus; substrate; biochar; adsorption

1.前言

1.1水体中的磷治理现状

1.1.1生态系统中的磷循环

磷是维持生命所必需的一种重要的元素。生物在新陈代谢中都需要磷。随着科技的进步和人类的需要，人类在生活中和农业中大量使用含磷洗涤剂和富磷的杀虫剂和农药，导致了水体中的磷元素增加过快。水中的藻类如红藻，蓝藻生长过盛，引起水体富营养化，对水生生态系统构成威胁，对环境造成严重的危害。

生态系统的含磷的物质主要是磷矿石、磷酸盐岩石和动物的排泄物，还有一小部分来自于禽类的排泄物。磷酸盐岩石或磷酸盐矿通过天然侵蚀进入生态系统中，或者被人工开采。经过长期的循环，大部分的磷元素都沉积在深海的沉积层中，直到一些地质活动才有可能回到地面上来。人工开采磷酸盐矿，一般都被用作磷肥、农药，随着迁移转化最终都会回到水体中去，只有很少一部分会被海洋生物带到地面上来。所以，磷在生态系统中的循环为一种单向流动的过程，大部分的磷元素都会沉积到水体中的沉积层中去，只有少部分可以循环，以致于称为一种不可更新的资源，所以对磷酸盐的矿石的使用更要小心谨慎。根据美国的研究统计，全球的磷矿石的储量估计可以维持一百多年的时间供人类使用。

1.1.2水体中的磷的分类和来源

磷在水体中的主要是来源于人类的使用输入，还有一小部分来自于沉积物释放，大部分都来自于人类的排入。水体中的磷化合物的转化主要取决于磷在水生生态系统的形态^[1]。而水生生态系统中沉积物中的磷分为有机磷（农药、化肥等）和无机磷化合物两大类，有的学者将无机磷进一步分为可交换磷、金属（主要为Fe、Al、Ca）结合磷、闭蓄的磷和原生碎屑磷等^[2]。也有学者将无机磷分为可溶性磷、与金属结合磷和闭蓄磷 ^[3]。有机磷主要是农药和化肥的成分，其主要来源为化肥，含磷洗涤剂，有机含磷农药，杀虫剂中的有机磷酸盐（敌敌畏、乐果、对硫磷）等。

1.1.3水体中磷的危害

磷元素的多少直接会影响水中藻类的生长，控制水体富营养化的发生情况。水体富营养化发生在海洋里叫赤潮，在湖泊里发生叫水华。水体的富营养化是指人类利用完的氮化合物、磷化物等营养物质大量进入水体，超过了水体的自净能力，被水生植物所利用，使水体中的藻类迅速增殖，水中的氧气随之迅速被消耗，水质变差，从而导致鱼类贝类死亡的现象。海洋中发生赤潮的危害表现在以下几个方面：（1）赤潮生物大量消耗氧气，使海洋里缺氧，危及海洋生物；（2）藻类会使水体生物的呼吸器官发生堵塞，妨碍呼吸，甚至导致海洋生物死亡；（3）含毒素的赤潮生物使鱼贝类死亡或产生的鱼毒、贝毒危害人体健康。水体富营养化在湖泊河流中的危害有（1）水质变差，对于自来水的处理成本变高，（2）水体中的磷还会影响污水处理厂的处理效果，（3）使湖泊产生恶臭等异味，并且严重影响视觉效果。

1.1.4水体中磷的去除

（1）生物法除磷

①A_P/O工艺

A_P/O工艺是利用厌氧区和好氧区共同处理污水中磷的处理系统，同时还可以处理水中的有机污染物。使水中的溶解氧维持在一定量时（一般为3mg/L），pH控制在7到8之前时，此时的条件最适宜于好氧区的生物对磷吸收。磷的去除率受水中有机污染物的多少所决定，一般用五日生化需氧量和磷的含量的比值衡量。据报道，如果BOD：P的比值大于10，出水中磷的浓度可降至1mg/L左右。因为微生物对磷的吸收是一个可逆的反应，微生物在一定情况下也会将吸收的磷释放出来。使含磷的废水长时间停留在沉淀池中或者曝气太久，都会导致磷的可逆释放，不利于对磷的处理。

图1-1 A_P/O工艺除磷工艺流程

②Phostrip除磷工艺

Phostrip工艺是一种以生物法除磷为主、化学除磷为辅的的方法。处理过程中，还掺杂了一些化学除磷的应用。在回流污泥对污泥进行厌氧条件的将磷释放的步骤，并且对上清液进行化学沉淀的处理系统。回流污泥里大部分的富含磷元素的污泥转移至厌氧池进行磷的事放，污泥还可以再回到好氧池进行磷的吸收和BOD的去除，从而达到污泥的循环利用。向上清液中投加石灰或者其他的金属盐将释磷的上清液处理，然后沉淀去除。Phostrip的除磷不受污水中溶解氧的多少，不像A_P/O工艺需要稳定的溶解氧量，除磷效果也相对稳定不少。

（2）化学除磷

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