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陶粒处理含磷污水的研究现状

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2019-2-12     浏览次数:    

  摘要:陶粒以其经济低廉、结构稳定、吸附能力强、易于操作和可循环利用等特点,近年来在水污染治理方面显示出诸多优势而倍受关注。主要综述了陶粒在处理含磷废水方面的应用;详细分析了陶粒对磷的吸附机制,包括陶粒主要组分对磷的吸附机制、吸附动力学模型和等温吸附模型;概括了各项影响因素,包括吸附过程中陶粒粒径、磷初始浓度、温度、吸附时间、pH、共存离子等对陶粒吸附除磷的影响,并对实际应用中存在的问题提出解决思路,建议对陶粒进行微观除磷机制深入研究,为陶粒制备工艺的不断改进提供理论依据。最后,展望了开发陶粒的努力方向及其发展前景,提出了开发成本低廉、高吸附性能、抗干扰、易再生、磷资源可回收陶粒是未来研究的重点。

  陶粒是以天然黏土矿物或固体废弃物为主要原料,辅以少量外加剂混合造粒,经烧结或免烧工艺制备而成的一种人造轻骨料[1]。可作为填充剂、抗菌剂、保水剂、吸附剂等使用,经关键词“陶粒”检索,目前共有70余项发明专利在2015年公布;近25年来的文献检索结果显示,关键词为“陶粒+磷”的论文发表数逐年递增,近10年来增速尤为显著,说明该方向已逐渐成为热点研究领域。在水体除磷方面,陶粒吸附除磷则因高效稳定、运行方便、设备简单、可重复利用等优点而逐渐受到关注[2],同时也成为人工湿地系统中一种重要的除磷人工基质。本研究主要综述了陶粒吸附除磷的国内外研究现状,分析了陶粒吸附除磷的机制,并对陶粒吸附除磷的各项影响因素进行了概括,提出了进一步研发高效除磷陶粒的方法,从而有针对性地提高陶粒对污水的除磷性能。
  国内外研究现状国内已有诸多研究报道了除磷陶粒的制备及其性能测试。王兴润等[3]分析了污泥制陶粒技术的可行性,并从烧结的晶体相与结构形态变化讨论了其反应机制。罗隽等[4]将研制的新型粉煤灰陶粒作为同步脱氮除磷填料,其总磷去除率可达60%,为保证持续的去污效果需要定期地反冲洗滤池。王德民等[5]以尾矿为主要原料制备了陶粒,该陶粒表面粗糙且内部多孔,能附着丰富的微生物,有利于提高污水的处理效率,进水端单位质量陶粒上的生物脂磷总量可达371.63nmol/g。朱乐辉等[6]以天然陶土为主要原料生产陶粒,某种程度上解决了传统片状陶粒表面结釉难题,克服了不规则粒状滤料水阻力大、易冲刷破碎、易引起氧化池堵塞等缺点。蒋丽等[7]1413以粉煤灰陶粒吸附废水中磷酸盐,磷酸盐去除率随粉煤灰陶粒投加量增加而增大,较高的磷酸盐初始浓度可加快吸附,在pH为4~10内有较好的磷酸盐去除效果。龚春明[8]694研究发现,煅烧温度对牡蛎壳载体磷吸附效果影响较大;当牡蛎壳粉末、黏土、九水硅酸钠质量比为7∶2∶1、煅烧温度为450℃时,制备的牡蛎壳陶粒对磷的吸附量为0.155mg/g。

  在国外,BRATTEB等[9]利用活性Al2O3颗粒对废水进行除磷,研究发现,净水系统中必须使用粗粒度Al2O3以防止水的压头损失;系统传输特性的参数影响采用均相表面扩散模型(HSDM)描述,此时pH、Al2O3颗粒大小和柱长度是最重要的系统性能参数。ZHU等[10]在回转窑中1200℃下烧成的陶粒对磷的最高吸附量可达到3465mg/kg,该陶粒适用于过滤介质的潜流人工湿地深度除磷,陶粒的化学性质中总金属含量与磷吸附量的关系最密切,其中钙与磷吸附量相关性最强。YANG等[11]研究利用湖泊沉积物开发污泥陶粒,在回转窑中高温烧结,制备了一种新型除磷陶粒,该陶粒应用于生物预处理系统中可同步脱氮除磷,适合于小型水处理系统。CHENG等[12]研究发现,生物陶粒比页岩、无烟煤、石英沙有更强的溶解有机磷(DOP)去除能力,生物陶粒和页岩对磷的去除主要通过化学吸附、沉淀或生物吸附,而无烟煤和石英砂主要通过静电吸引或离子交换,生物陶粒对总磷的去除量为81.44mg/kg,比无烟煤低4.43mg/kg。目前,部分陶粒的磷吸附能力及实验方法见表1,可见陶粒的磷吸附能力为0.1428mg/kg[7]1417至7800mg/kg[13]12。


本文由武汉陶粒厂家整理编辑。

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