鈣-鋁改性鋼渣陶粒的制備及其除磷性能的研究.pdf

1、水體中過量的磷會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，破壞水體環(huán)境，進(jìn)而導(dǎo)致水體惡化。吸附法針對(duì)低濃度廢水處理有著成本低廉、操作簡(jiǎn)單、除磷效率高和無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。
　　鋼渣是煉鋼過程中排出的一種工業(yè)廢渣，綜合利用效率低，大量堆積會(huì)污染生態(tài)環(huán)境。鋼渣因自身的物理特性而具有一定的吸附能力，但是大粒徑鋼渣的比表面積低，除磷效果不理想，微粉鋼渣在實(shí)際應(yīng)用中因粒徑過小，易堵塞管道而達(dá)不到理論吸附效果，并且存在濾料流失的風(fēng)險(xiǎn)。
　　改性鋼渣陶粒以鋼渣為基

2、材，添加改性劑、粘接劑和擴(kuò)孔劑，混合、造粒加工成型，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，本論文選用兩種改性劑制備出了兩種具有一定粒徑、硬度和孔隙度的改性鋼渣陶粒。制備出的兩種材料具有易于固液分離且高效除磷的優(yōu)點(diǎn)，研究各種條件對(duì)改性鋼渣陶粒除磷效果的影響以及除磷的等溫吸附和動(dòng)力吸附，并進(jìn)一步通過比表面積及孔徑分布測(cè)試儀、掃描電鏡和X射線粉末衍射儀探討改性鋼渣陶粒除磷機(jī)理?，F(xiàn)將本文所得結(jié)論歸結(jié)如下：
　　1、通過靜態(tài)吸附試驗(yàn)，探討了投加量、反應(yīng)時(shí)間、初

3、始磷濃度和溶液pH值對(duì)兩種改性鋼渣陶粒除磷效果的影響，確定了改性鋼渣陶粒除磷的適宜操作條件：處理0.5mg/L的模擬含磷廢水，投加量為5g/L，鋁改性陶粒在60min時(shí)，去除率達(dá)91.82％，鈣改性陶粒為30min時(shí)，去除率達(dá)98.72%，在較短時(shí)間內(nèi)，均有較好的去除效果，在pH值介于5～11時(shí)，兩種材料對(duì)磷的去除率均在91%和95%以上，因此該材料的適用范圍比較廣。
　　2、兩種材料的除磷過程更符合Langmuir模型，（鋁、鈣

4、改性的鋼渣陶粒的線性相關(guān)系數(shù)分別為0.9962和0.9790），屬于單分子層吸附模型，具有典型的化學(xué)吸附性。兩種材料對(duì)磷的吸附符合Lagergren二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附速率方程，能夠較準(zhǔn)確的反應(yīng)磷的吸附過程。
　　3、將改性鋼渣陶粒用于實(shí)際廢水的處理，在處理模擬廢水過程中，鋁、鈣改性鋼渣陶粒投加量為5g/L時(shí)，水體中磷酸鹽的去除率分別達(dá)到91.82%、98.72%；在處理實(shí)際廢水過程中，當(dāng)鋁、鈣改性鋼渣陶粒的投加量為10g/L時(shí)，水體中

5、磷酸鹽的去除率分別達(dá)到93.37%、95.63%，改性鋼渣陶粒對(duì)所取實(shí)際廢水的去除效果不如對(duì)模擬廢水的去除效果好，但是增加改性鋼渣陶粒的投加量也可以取得良好的除磷效果。
　　4、通過掃描電鏡和X射線粉末衍射分析，改性后的鋼渣陶粒較原鋼渣比表面積較大且空隙結(jié)構(gòu)較多，吸附材料除磷后材料中能明顯檢測(cè)出反應(yīng)生成物的存在，生成物主要是磷酸鈣。改性鋼渣陶粒吸附磷酸鹽主要通過物理吸附、離子交換和化學(xué)沉淀等作用。負(fù)載Al的鋼渣陶粒除磷過程主要為水

6、溶液中的磷酸鹽與吸附材料中含Si、Al的有效組分發(fā)生配位體交換，也包含化學(xué)沉淀，伴隨有靜電吸附和物理吸附；負(fù)載Ca的鋼渣陶粒除磷過程主要為水溶液中的磷酸鹽與吸附材料中含Ca的有效組分發(fā)生化學(xué)沉淀，伴隨有物理吸附和靜電吸附。
　　5、以2號(hào)改性鋼渣陶粒為例，在改性鋼渣陶粒吸附飽和后，采用NaOH為再生劑，再生后的材料用量為5g/L，磷酸鹽溶液的初始濃度為0.5mg/L時(shí)，反應(yīng)30min后磷酸鹽的去除率達(dá)到90%左右。最佳再生條件：N

7、aOH溶液的最佳濃度為3mol/L，再生時(shí)間30min。
　　與以往研究相比，將鋼渣制備成顆粒狀復(fù)合吸附材料既避免堵塞管道及再回收利用，又可以提高鋼渣的除磷效率。改性鋼渣陶粒因自身的化學(xué)和物理特性（表面官能團(tuán)、表面積、孔隙率）使其具有較高的物化吸附和化學(xué)沉淀性能。該吸附劑基本不受水體pH值的影響，吸附效果良好，除磷效率高，既可用于水體富營(yíng)養(yǎng)化等低濃度含磷廢水的處理，也可直接用于河湖修復(fù)、人工濕地和常規(guī)廢水處理工程的深度處理等，并且