改性沸石對水中氮磷和菲吸附作用及對底泥中氮磷固定作用研究.pdf

1、大量含氮磷和菲等污染物廢水未經(jīng)處理直接排放是引起水體污染的主要原因。同時，底泥中污染物向上覆水釋放給水質(zhì)帶來的巨大影響亦不容忽視。天然沸石成本低廉，且容易獲得，利用其較高的陽離子交換性能，可以有效去除水中氨氮等陽離子污染物。為提高其對水中磷酸鹽和菲的吸附容量，本文采用不同改性劑對天然沸石進(jìn)行改性，以制得鑭改性沸石、鋯-Fe3O4-沸石復(fù)合材料和CPB改性沸石，并通過吸附實驗探討了鑭改性沸石、鋯-Fe3O4-沸石復(fù)合材料對水中氮磷的吸附作

2、用，探討了CPB改性沸石對水中菲（以菲作為多環(huán)芳烴的代表）的吸附作用，以及探討了鑭改性沸石對底泥中氮磷的固定作用。通過以上研究得出以下研究結(jié)果。
　　鑭改性沸石對水中磷酸鹽和銨的吸附作用。結(jié)果表明，鑭改性沸石對水中的磷酸鹽和銨具有很好的去除能力。準(zhǔn)二級動力學(xué)模型適合描述鑭改性沸石對水中磷酸鹽和銨的吸附過程。鑭改性沸石對水中磷酸鹽的吸附平衡數(shù)據(jù)較好地滿足了Langmuir等溫吸附模型。鑭改性沸石對水中銨的吸附平衡數(shù)據(jù)較好地滿足了La

3、ngmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich等溫吸附模型。鑭改性沸石對水中磷酸鹽和銨的去除過程屬于自發(fā)的、吸熱的及熵增加的過程。當(dāng)pH由3逐漸增加到10時，鑭改性沸石對水中磷酸鹽的去除能力逐漸下降；當(dāng)pH由10增加到12時，對磷酸鹽的去除能力明顯下降。當(dāng)pH位于3～7時，鑭改性沸石對水中銨的去除能力較高；當(dāng)pH由7逐漸增加到12時，對銨的去除能力逐漸下降。鑭改性沸石對水中磷酸鹽的去除能力不受離子強度的影響

4、，亦不受共存的Cl-、HCO3-和SO42-等陰離子的影響。鑭改性沸石對水中銨的去除能力不受共存的Mg2+的影響，而受共存的Ca2+、Na+和K+的影響較大。鑭改性沸石對磷酸鹽的吸附機制包括靜電吸引作用、配位體交換和路易斯酸堿反應(yīng)。鑭改性沸石去除水中銨的主要機制為陽離子交換作用。
　　鑭改性沸石改良太湖底泥的磷酸鹽吸附特征。結(jié)果表明，Langmuir和Freundlich等溫吸附模型可以較好地描述太湖底泥對水體中較高濃度磷酸鹽（1

5、~15 mg·L-1）的吸附平衡，根據(jù) Langmuir吸附方程，未改良太湖底泥對水體中磷的最大吸附容量為791 mg·kg-1，鑭改性沸石添加量為10、25和50 g·kg-1的改良太湖底泥對水體中磷的最大吸附容量分別為937、1037和1505 mg·kg-1。準(zhǔn)二級動力學(xué)模型可以較好地描述太湖底泥對磷酸鹽的吸附動力學(xué)過程。太湖底泥對磷酸鹽的去除能力隨 pH值增加而降低，其對磷酸鹽的吸附屬于自發(fā)和吸熱過程。改良太湖底泥對磷酸鹽的吸附

6、能力明顯高于未改良太湖底泥，并且其吸附能力隨鑭改性沸石添加量的增加而增加。鑭改性沸石添加量為10~50 g·kg-1的改良太湖底泥的磷吸附-解吸平衡濃度為0.129~0.241 mg·L-1，明顯低于未改良太湖底泥（0.386mg·L-1）。被改良底泥中鑭改性沸石所吸附的磷以NaOH-P和HCl-P等較穩(wěn)定的形態(tài)存在，厭氧狀態(tài)下不易釋放。
　　鑭改性沸石對太湖底泥-水系統(tǒng)中磷的固定作用。結(jié)果表明，當(dāng)水中磷濃度很低時，太湖底泥和鑭改

7、性沸石改良太湖底泥均釋放出磷。鑭改性沸石改良太湖底泥的釋磷量少于太湖底泥。鑭改性沸石改良太湖底泥中金屬氧化物結(jié)合態(tài)磷（NaOH-P）和鈣結(jié)合態(tài)磷（HCl-P）等較為穩(wěn)定形態(tài)磷含量多于太湖底泥，而鑭改性沸石改良太湖底泥中氧化還原敏感態(tài)磷（BD-P）這種不穩(wěn)定形態(tài)磷含量少于太湖底泥。太湖底泥和鑭改性沸石改良太湖底泥對水中較高濃度磷酸鹽的吸附平衡數(shù)據(jù)均可以采用Langmuir等溫吸附模型加以描述。鑭改性沸石改良太湖底泥對水中磷酸鹽的吸附能力明

8、顯高于太湖底泥，且吸附能力隨老化時間的增加而降低。被鑭改性沸石所吸附的磷酸鹽主要以NaOH-P和HCl-P等較為穩(wěn)定形態(tài)磷存在，不容易被重新釋放出來。上述結(jié)果表明，采用鑭改性沸石對太湖底泥進(jìn)行原位改良可以增強太湖底泥對磷的固定能力，減少太湖底泥磷的釋放。
　　鑭改性沸石覆蓋控制底泥氮磷釋放研究。結(jié)果表明，鑭改性沸石對水中磷酸鹽和銨的吸附動力學(xué)過程滿足準(zhǔn)二級動力學(xué)模型。鑭改性沸石對水中磷酸鹽的吸附平衡數(shù)據(jù)可以采用Langmuir等溫

9、吸附方程加以描述，對水中銨的吸附平衡數(shù)據(jù)可以采用 Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich（D-R）等溫吸附方程加以描述。當(dāng)pH7時，鑭改性沸石吸附水中磷酸鹽的機制包括配位體交換、路易斯酸堿反應(yīng)和靜電吸引，吸附水中銨的機制是陽離子交換。鑭改性沸石覆蓋不僅可以有效地控制溶解性磷酸鹽從底泥向上覆水的釋放，而且可以明顯降低銨態(tài)氮從底泥向上覆水遷移的速率。鑭改性沸石覆蓋量越多，控制底泥銨態(tài)氮釋放的效果越好

10、。鑭改性沸石覆蓋層吸附從底泥中釋放出來的溶解性磷酸鹽后主要以較為穩(wěn)定的形態(tài)存在，低溶解氧情況下不容易重新釋放出來。上述結(jié)果表明，鑭改性沸石適合作為一種覆蓋材料用于控制低溶解氧情況下溶解性磷酸鹽和銨態(tài)氮從底泥向上覆水的釋放。
　　鋯-Fe3O4-沸石復(fù)合材料對水中磷酸鹽和銨的吸附作用。結(jié)果表明，鋯-Fe3O4-沸石復(fù)合材料對水中磷酸鹽的去除能力隨著溶液pH的增加而降低。鋯-Fe3O4-沸石復(fù)合材料對水中磷酸鹽的吸附平衡數(shù)據(jù)可以采用L

11、angmuir和Dubinin-Radushkevich（D-R）模型加以擬合，對水中銨的吸附平衡數(shù)據(jù)可以采用Langmuir、Freundlich和D-R模型加以擬合。準(zhǔn)二級動力學(xué)模型可以用于描述鋯-Fe3O4-沸石復(fù)合材料對水中磷酸鹽和銨的吸附動力學(xué)過程。鋯-Fe3O4-沸石復(fù)合材料對水中磷酸鹽的吸附是自發(fā)吸熱過程。0.2 mol·L-1的NaOH溶液可以使91％左右吸附到鋯-Fe3O4-沸石復(fù)合材料上的磷酸鹽解吸下來，0.2 mo

12、l·L-1的NaCl溶液可以使92%左右吸附到鋯-Fe3O4-沸石復(fù)合材料上的銨解吸下來。鋯-Fe3O4-沸石復(fù)合材料對水中磷酸鹽的吸附機制主要是配位體交換作用，對水中銨的吸附機制主要是陽離子交換作用。
　　溴化十六烷基吡啶改性沸石對水中菲的吸附作用。結(jié)果表明，單層和雙層CPB改性沸石對水中菲均具備良好的吸附能力。CPB改性沸石對水中菲的去除率隨吸附劑投加量的增加而增加，而CPB改性沸石對水中菲的單位吸附量隨吸附劑投加量的增加而降

13、低。CPB改性沸石對水中菲的吸附動力學(xué)過程滿足準(zhǔn)二級動力學(xué)模型。CPB改性沸石對水中菲的吸附平衡數(shù)據(jù)可以采用線性模型和Freundlich模型加以描述。CPB改性沸石對水中菲的吸附過程是一個自發(fā)和放熱的過程。單層CPB改性沸石吸附水中菲的機制主要是疏水作用，雙層CPB改性沸石吸附水中菲的機制主要是有機相分配作用。當(dāng)雙層CPB改性沸石的CPB負(fù)載量為單層CPB改性沸石的CPB負(fù)載量的2倍時，前者對水中菲的吸附能力略微強于后者。以上結(jié)果表明

14、，雙層和單層CPB改性沸石均可以用于水中菲的去除；為節(jié)約成本，單層CPB改性沸石與雙層CPB改性沸石相比更適合用于水中菲的去除。
　　綜合以上結(jié)果，鑭改性沸石、鋯-Fe3O4-沸石復(fù)合材料對水中氮磷具備較強的吸附能力，CPB改性沸石對水中菲具備較強的吸附能力，利用它們預(yù)計可以有效去除廢水中的氮磷及菲；將鑭改性沸石作為改良劑和覆蓋層材料明顯降低了底泥氮磷的釋放通量，利用鑭改性沸石作為改良劑和覆蓋層材料預(yù)計可以有效控制污染底泥中氮磷的