改性钢渣的制备及其吸附除磷性能

郑怀礼　葛亚玲　寿倩影　赵纯　翟俊　张正安　姜嘉贤

摘要：研究了改性钢渣吸附除磷影响因素、等温吸附线特征和吸附动力学，并对生物处理后的出水进行吸附除磷研究。结果表明：在初始磷濃度10mg/L，投加量10g/L、pH为7时，改性钢渣吸附后总磷浓度为0.687mg/L，去除率达93%；改性钢渣对磷的吸附符合Langmuir模型，理论饱和吸附量是1.977mg/g，吸附动力学符合准二级动力学模型（R²>0.99）；实际生活污水的吸附除磷中，投加量为50g/L，反应2h后出水总磷浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标的排放要求。

关键词：污水处理；除磷；吸附；改性钢渣

中图分类号：TQ424.2

文献标志码：A

文章编号：1674-4764（2016）06-0129-06

磷不同于碳、氮，在自然界的循环是不可再生的，因此，如何从废水中去除并回收磷资源是目前研究的重要课题。目前，除磷方法主要有化学沉淀法、生物法、吸附法等。化学除磷不管是在除磷量还是除磷效果方面，都有很显著的优势，但实际应用中存在药剂投加量大、污泥难处理等不足；生物法除磷稳定性差且处理效果差，难以达到国家标准。吸附除磷是通过具有大比表面积、多孔隙的物质对水中PO34-的亲和力实现除磷过程，具有工艺简单、处理成本低、运行可靠等优点。既可以作为生物除磷后的强化处理，也可以作为单独除磷方法。另外，通过解吸作用将吸附后的磷进行回收，实现资源的重复利用。

吸附除磷的关键是找到一种吸附容量高、速度快、价格低廉的吸附剂。目前采用较多的吸附剂有：沸石、粉煤灰、钢渣、硅藻土等，其中钢渣是钢铁工业中的副产物，含有Ca、Fe、Al、si等金属氧化物，其特点是密度大、孔隙多、固液分离速度快、来源广泛且廉价。开发钢渣在废水治理中的应用是一种经济且有效的方法，对废水除磷有重要的意义。

1材料与方法

1.1材料与仪器

钢渣：来源于重庆钢铁（集团）有限责任公司，80目筛分后用蒸馏水清洗干净烘干备用。

仪器：TUl901紫外一可见分光光度计、pHs-3C型精密酸度计、手提式不锈钢高压灭菌锅、OTF-1200X开启式真空管式炉、XMTD-8222水浴恒温振荡器、HDL-4台式电动离心机、XRF-1800型X射线荧光光谱仪。

试剂：磷酸二氢钾、浓硫酸、过硫酸钾、抗坏血酸、钼酸铵、酒石酸锑钾、盐酸、氢氧化钠、均为分析纯。

含磷实验用水：用KH₂PO₄（分析纯）配置50mg/L的贮备液备用。

生活污水：采用经生物滤池一生物接触氧化处理后的出水。

1.2实验方法

1.2.1钢渣改性用3mol/LNaOH溶液浸泡烘干后的钢渣24h，再于开启式真空管式炉中700℃下煅烧1h。改性后钢渣的主要化学成分经XRF分析，结果见表1。

1.2.2除磷实验

称取一定量的改性钢渣于250mL具塞锥形瓶中，并加入含磷废水100mL，调节pH，在恒温摇床中以150r/min的速度振荡一定时问后，在3500r/min下离心5min，取上清液。

1.2.3总磷含量测定用《钼酸铵分光光度法》（GBll893-89）测水中总磷含量。吸取上清液适量于50 mL具塞比色管中，加入过硫酸钾稀释至25mL刻度线，于手提式不锈钢高压灭菌锅中120℃下消解30min；冷却至室温后依次加入抗坏血酸和钼酸盐，用紫外分光光度计测定吸光度值，根据标线算出水中总磷含量。

2.结果与讨论

2.1.1初始磷浓度对吸附的影响初始含磷质量浓度为：5、10、15、20和25mg/L时，分别加1g改性钢渣，调节pH=7，于恒温摇床中振荡吸附30min，改性钢渣对磷的去除效果见图1。

图1表明，随着初始磷质量浓度的增加，钢渣对磷的吸附量越来越大。主要是由于初始磷质量浓度越高，可供钢渣吸附的磷越多；同时，含磷废水本身和钢渣外表面液膜之问的浓度差越大，磷向钢渣表面迁移的动力就越大。因此，增大磷质量浓度有利于提高钢渣的吸附作用。但钢渣对磷的去除率却呈先增后减的趋势，这主要是由于随着初始磷质量浓度的增加，钢渣吸附量增大，逐渐达到饱和，对磷的吸附效果减弱。因此，可以认为，1g改性钢渣的最大吸附能力为100mL质量浓度为15mg/L的含磷废水。

2.1.2钢渣投加量对吸附的影响初始磷质量浓度为10mg/L时，分别取改性钢渣投加量为0.2、0.6、1.0、1.4和1.8g，调节pH=7，于恒温摇床中振荡吸附30min，对磷的去除效果见图2。

图2表明，随着钢渣投加量的增大，磷的吸附量逐渐降低，去除率却逐渐增大。主要是由于吸附时间较短，吸附未达到饱和，所以去除率增大。随着投加量继续增大，残余磷含量不断减少，吸附过程逐渐达到平衡，吸附量和去除率也趋于稳定。综上，在吸附时间为30min时，选择较佳的改性钢渣投加量为1g/100mL。

2.1.3初始pH对吸附的影响初始磷质量浓度为10mg/L，投加量1g，改变初始pH为：4、5.5、7、8.5和10，吸附30min后对磷的去除效果见图3。

金属离子和废水中PO34-结合，形成相应的磷酸盐沉淀物。但Ca、Mg、Fe等氧化物在低pH时溶解度很大，难以吸附在钢渣表面，亦难以发生离子交换，不利于钢渣除磷；随着pH增至碱性条件下，OH-浓度增加，式（3）反应向左进行，不利于磷酸盐沉淀物生成。因此，在pH=5.5～7.5范围内，离子交换和化学沉淀共同作用的效果最好，磷去除效果最佳。这与Xiong等的研究结果一致。

2.2吸附等温线

改变KH₂PO₄初始磷质量浓度为1、5、10、15、20、30、40、50、60mg/L，各投加80目改性钢渣1g，