给水厂污泥除磷的试验研究

邵雁　赵波　李社锋

摘 要：采用自来给水厂固体废弃物—污泥，对含磷模拟废水进行吸附性能试验研究。试验结果表明，各種吸附条件对自来水厂污泥除磷效果均有较大影响。自来水厂污泥对含磷废水的最佳吸附条件为：投加量70g/L、吸附时间30min、pH为1，温度35℃，运用相关数学模型拟合，显示其吸附过程符合Freundlich等温式，适合二级吸附动力学模型。

关键词：给水厂污泥；含磷废水；吸附

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.216

磷是造成湖泊水体富营养化的主要原因，吸附法是除磷的最有效方式之一，但常规吸附剂的价格昂贵，处理废水成本过高，所以廉价、高效吸附材料的开发和应用是吸附法除磷的一个研究热点。

给水厂的污泥主要来自于沉淀池的含泥废水和滤池的反冲洗水，由水中的悬浮物、有机物、溶解状胶质、微生物以及加入的化学混凝剂组成[1]。自来水厂的污泥，多孔且具有较大的比表面积，可对水中的磷酸根离子产生较强的吸附亲和力，且其分散的颗粒，可以相互作用结合成较大的聚集体，从而发生化学沉淀，来达到除磷目的。采用自来水厂污泥作为研究对象，研究其对模拟含磷废水中磷的去除机理，以及其在不同条件下的处理效果，做到以废治废，具有一定的实用价值。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

试剂：磷酸二氢钾，分析纯。

仪器：恒温水浴振荡器，分光光度计，分析天平，恒温干燥箱，pH试纸。

给水厂污泥：西安市某自来水厂污泥，烘干，研碎得到粒径为60目的粉末备用。

1.2 实验方法和内容

在一定浓度的模拟含磷废水中中加入一定量的自来水厂干污泥粉末，在特定的温度下振荡特定的时间后进行过滤，滤液用分光光度计于700nm处测其吸光度，计算其吸附量。

试验需要测定的影响因素为：时间、温度、pH值、投加量和初始浓度。

2 实验结果与讨论

2.1 时间对给水厂干污泥吸附性能的影响

将3.0g自来水厂污泥粉末投入50mL，10mg/L的模拟含磷废水溶液中，振荡不同时间后进行过滤，收集滤液测其浓度。实验结果见图1：随着时间的延长，给水厂干污泥的吸附量在逐渐增加，在30min时趋于稳定，吸附动态达到平衡。

对实验数据用一级和二级吸附速率方程进行线性回归[2]，结果见表1：运动二级吸附动力学方程具有较好的回归效果，相关系数>0.970；且二级动力学方程计算所得到的平衡吸附量qe与一级动力学方程的平衡吸附量qe相比，更接近实验吸附量；因此，给水厂干污泥对磷的吸附过程符合二级吸附动力学方程。

2.2 温度对给水厂干污泥吸附性能的影响

将3.0g给水厂干污泥粉末投入50mL浓度的含磷模拟废水溶液中，在不同温度下振荡30min，过滤后收集滤液测其浓度。结果如图2：随着温度升高，给水厂干污泥对含磷废水的吸附量逐渐增大。

对实验等温线数据用Langmuir吸附等温式、Freundlich吸附等温式以及BET吸附等温式进行模拟处理[3]，结果见表2：Langmuir，BET的拟合参数中Q0，qm（吸附达到饱和时的极限吸附容量）为负值，显然不符合实际情况，表明给水厂干污泥脱磷的吸附行为符合Freundlich方程。

2.3 pH值对给水厂干污泥吸附性能的影响

将3.0g给水厂干污泥投入50mL，10mg/L磷溶液中，并调节不同pH值，振荡30min，过滤后收集滤液测其浓度。结果见图3：pH值为1时，磷的去除效果最好，饱和吸附量为0.163612mg/g，此时去除率为98.68%。推断可知，随着酸性的增加，饱和吸附量和去除率逐渐增大。

2.4 投加量对给水厂干污泥吸附性能的影响

分别将1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g、3.5g给水厂干污泥投入50mL，10mg/L 的含磷溶液中，振荡30min，过滤后收集滤液测定其浓度，实验结果见图4：当干污泥投加量为3.5g时，磷的去除效果最好，此时饱和吸附量为0.137329mg/g，去除率为96.63%。推断可知，随着给水厂干污泥的投加量增多，去除率逐渐增大，饱和吸附量逐渐减小。

2.5 初始浓度对给水厂干污泥吸附性能的影响

将3.0g给水厂干污泥投入50mL不同浓度的含磷废水溶液中，振荡30min后过滤，收集滤液测定其浓度。实验结果如图5：初始浓度对给水厂干污泥随初始浓度的增大，吸附量不断增大。

3 结论

本文主要研究了给水厂污泥除磷的吸附性能，给水厂干污泥除磷的最佳吸附条件为：反应时间30min；吸附剂用量70g/L；吸附pH值1；整个吸附过程符合二级吸附动力学方程，相关系数R在0.99以上；符合Freundlich吸附等温式，相关系数R=0.968 （303K）；pH值对给水厂干污泥吸附性能影响很大，随着酸性强度的增大而增大。

参考文献：

[1]刘帅霞.给水厂污泥的处理和存在问题[J].河南纺织高等专科学校学报，2005，17（03）：59.

[2]陈春云，王鹏，庄源益.剩余污泥吸附剂的制备及其吸附性能研究[J].环境科学与技术，2006，29（08）：90.

[3]刘转年，周安宁，金奇庭.超细煤粉吸附苯胺机理研究[J].燃料化学学报，2006，34（01）：20-25.

[4]付仙彩，沈文夏，姚天阳.物理化学[M].北京：高等教育出版社，1997.endprint