盐酸改性粉煤灰抑制沉积物中磷释放

李国新

摘  要：使用盐酸改性粉煤灰不仅能够提高粉煤灰的吸附能力，而且还能去除粉煤灰中的有害物质。本研究利用酸改性粉煤灰对于磷的吸附能力，来探究其对沉积物中磷释放的抑制效果。结果表明，体积浓度未0.01的盐酸溶液改性后粉煤灰吸附磷的效果最好。在室内模拟沉积物释放过程，酸改性粉煤灰可以抑制P1、P2、P3沉积物中32.21、38.09、59.48%的磷释放，具有很好的应用前景。

关键词：酸改性;粉煤灰;磷;沉积物

中图分类号：X703         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）31-0073-02

Abstract： The use of hydrochloric acid modified fly ash can not only improve the adsorption capacity of fly ash， but also remove harmful substances from fly ash. In this study， the adsorption capacity of acid modified fly ash for phosphorus was used to explore the inhibitory effect of acid modified fly ash on phosphorus release from sediments. The results show that the effect of phosphorus adsorption by fly ash modified by hydrochloric acid solution with volume concentration less than 0.01 is the best. In the indoor simulated sediment release process， acid modified fly ash can inhibit the release of 32.21%， 38.09% and 59.48% phosphorus in P1， P2 and P3 sediments， which has a good application prospect.

Keywords： acid modification; fly ash; phosphorus; sediment

引言

隨着对水体富营养化研究的深入，沉积物作为磷的内源污染源的作用已经引起重视。当受到扰动或环境条件（温度、氧化还原电位、pH等）发生变化时，累积在沉积物中磷元素会释放至上覆水中，延缓水质修复或者加速水体的富营养化[1]。粉煤灰来源于煤发电厂行业，是我国产量最大的工业废物，粉煤灰的综合利用也是如今热点关心的问题。粉煤灰的主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3等氧化物，具有多孔结构和较大的比表面积，对水中的磷酸盐具有良好的吸附效果[2]。有研究表明，使用酸溶液对粉煤灰可以进一步提高其对磷的吸附能力，且盐酸改性能够取得最好的效果[3]。因此本研究在此基础上，使用不同浓度的盐酸对粉煤灰进行改性，确定盐酸最佳使用浓度。同时将改性后的粉煤灰添加入干样沉积物中，在室内模拟沉积物释放磷的过程，探讨粉煤灰对沉积物释放磷的抑制效果，希望能给粉煤灰修复磷污染沉积物的研究提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 粉煤灰改性方法

准确称取1g过100目筛的粉煤灰样品于50ml离心管中，分别加入25mL盐酸体积浓度为0、0.01、0.02、0.03、0.05、0.1、0.15、0.2的盐酸溶液，放于恒温震荡箱以250r/min的转速培养24h。培养后的改性粉煤灰离心倒去上清液，使用25ml的蒸馏水清洗酸改性后的粉煤灰样品，后离心并倒掉清洗液，重复这个过程直到清洗液pH=7。清洗完后的粉煤灰，在烘箱中烘干后装袋放入干燥箱中贮存[4]。

1.2 改性粉煤灰吸磷实验

准确称取0.2197g分析纯磷酸二氢钾，溶解于水中，并定容至1000ml，得到磷酸盐浓度为50mg/L的标准贮藏液。再取10ml磷酸盐标准贮藏液于250ml容量瓶中定容至刻度线，得到2mg/L的磷酸盐使用液。称取0.2g酸改性的粉煤灰于50ml离心管中，加入20ml磷酸盐使用液（固液比为1：100），在25℃恒温震荡箱中培养24h，离心，测定上覆水的SRP（溶解性反应性磷浓度），测磷方法参考《钼酸铵分光光度法》（GB 11893-89）。

1.3 粉煤灰抑制沉积物中磷释放实验

沉积物样品来自四川省眉山市仁寿县的球溪河流域，样品P1、P2、P3总磷含量分别为651mg/kg、701mg/kg、822mg/kg。称取干燥沉积物样品0.2g于50ml离心管中，分别投加0.020g改性粉煤灰，使得粉煤灰与沉积物重量比值为1：10，同时设置不加粉煤灰的对照组，再加入20ml无磷蒸馏水，在25℃恒温震荡箱中培养24h，离心，测定上覆水的SRP，通过换算得到沉积物的磷释放量[5]。

2 结果与分析

不同浓度盐酸改性粉煤灰吸附磷达到平衡时，上覆水中磷的浓度见图1。原水的磷浓度为2mg/L，经过改性粉煤灰吸附后，上覆水中磷的浓度已经下降至0.65-1.81mg/L，去除率达到9.16-67.53%。体积浓度0.01盐酸溶液改性后的粉煤灰，磷的吸附效率最高，达到67.53%。未经过酸改性的粉煤灰，对于磷的去除效果为62.59%，可见酸改性后的粉煤灰对于磷的吸附效果去除效果提高了5%。其原因是在盐酸的侵蚀作用下，粉煤灰表面形成了更多的孔隙，使得粉煤灰整体孔隙度增加，对磷的吸附能力增强[6]。但是随着使用盐酸的浓度增加，粉煤灰的吸附能力减弱，推测原因为盐酸浓度增加，使得原有细小孔隙被盐酸侵蚀扩大，粉煤灰表面基本为较大的孔隙，比表面积减小，因此对于磷的吸附能力下降。0.01盐酸改性粉煤灰并没有显著提高粉煤灰的吸附磷的能力，但是通过酸处理后的粉煤灰，其中的有害物质如重金属、Al3+、OH-等已经被盐酸给提取出来，具有更好的应用前景。

河流磷污染沉积物P1、P2、P3在未添加粉煤灰的时的磷释放量位为18.43、23.38、33.27mg/kg。添加不同浓度盐酸改性粉煤灰后沉积物的磷释放量见图2。0.01盐酸改性粉煤灰可以抑制沉积物P1、P2中32.21%、38.09%磷释放，而0.02%盐酸改性粉煤灰抑制沉积物P3中59.48%的磷释放。相比于未做酸性处理的粉煤灰，酸改性后的粉煤灰作用使得P1、P2、P3沉积物中磷释放抑制效果分别上涨了2.68、21.16、17.84%，可见P1抑制效果较不明显，而P2、P3抑制效果增加较多。三个沉积物磷释放量变化趋势相同：随着盐酸浓度增加，磷释放量先降低后增加，抑制释放效果先增加后降低，与粉煤灰对于磷的吸附变化曲线一致。故推测抑制效果变化原因是粉煤灰的吸附能力变化。酸改性后的粉煤灰抑制沉积物中磷的释放依靠粉煤灰对于磷的吸附效果。

3 结束语

酸改性后粉煤灰对于磷的吸附能力增加，对于沉积物的磷释放抑制效果也增加。最佳改性盐酸使用浓度为0.01。此外，通過0.01盐酸改性后的粉煤灰，原有的危害物质如重金属、OH-、Al3+被去除，使得粉煤灰具有更好的应用前景。未做酸改性的粉煤灰对磷吸附和抑制沉积物磷释放具有一定效果，是因为其含有一定成分的Fe、Al、Ca等化合物，对磷具有一定稳定能力，但是在酸改性过程中，这一部分组分丢失，这也是为什么粉煤灰吸附抑制效果并未显著提高的原因。后续可以在改性粉煤灰中添加一些Fe、Ca氧化物，来进一步加强化改性粉煤灰抑制沉积物中磷释放的效果。

参考文献：

[1]李慧，周易勇，余能智.锦江河沉积物磷形态与吸附行为及磷释放风险[J].水生态学杂志，2017，38（04）：27-35.

[2]郭常颖，李多松，万田英.粉煤灰资源化现状研究[J].煤炭工程，2005（11）：70-71.

[3]丁佳栋，陈迤岳，陈晓飞，等.不同改性粉煤灰处理含磷废水效果比较研究[J].杭州师范大学学报（自然科学版），2018，17（03）：

264-268.

[4]肖前斌，谢桂芳.改性粉煤灰的制备及其对重金属吸附性能研究[J].广东化工，2018，45（18）：54-55.

[5]金晓丹，吴昊，陈志明，等.长江河口水库沉积物磷形态、吸附和释放特性[J].环境科学，2015，36（02）：448-456.

[6]宋祎楚.粉煤灰合成沸石去除水中重金属能力研究[D].北京林业大学，2015.