鍋爐渣對農村生活污水磷的吸附研究

邱蘭

（江西省南昌市環境監測站，江西 南昌 330002）

1 引言

隨著我國農村的快速發展，農村生活污水已經成為農村水環境惡化的主要原因。農村生活污水一般含有較高的氮和磷，其過量排放加劇了農村水體的富營養化［1，2］，其中磷被視為水體富營養化形成的主要限制性因素。以太湖地區為例，農村生活污水已直接導致太湖富營養化，污染貢獻率中氮占35.35%，磷占59.65%［3］。因此，控制農村生活污水氮、磷是抑制農村水體面源污染的有效方法。

目前農村生活污水除磷方法很多，如化學沉淀、生物強化和人工濕地系統等［4］。其中，煤渣具有多孔結構、比表面積大和水力傳導性強等特點［5］，對磷有良好的吸附效果，目前廣泛用作人工濕地基質［6，7］。我國是以煤炭為主的能源生產與消費大國，在農村地區，民用鍋爐及其他燃煤設備每年都排出大量煤渣?？梢姴捎妹涸鼇砦睫r村生活污水中的磷，進而抑制水體富營養化，是一種經濟有效的方法。根據X射線衍射分析［7，8］，煤渣的主要化學成分為SiO240%～50%、Al2O330%～35%、Fe2O34%～20%、CaO 1%～5% 及少量鎂、硫、碳等。研究表明［7，9］，煤渣對磷的去除機制主要是靠煤渣中Ca、Fe、Al對磷的吸附沉淀。因此，本文采用鍋爐廢渣對農村生活污水進行吸附研究，通過靜態實驗對煤渣的磷吸附動力學、等溫線進行了模型擬合，以確定具體的吸附工藝參數。

2 材料與方法

2.1 鍋爐渣

鍋爐渣取自育苗場鍋爐煤渣，過1.0cm和1.5cm孔徑篩子，平均當量直徑1.3cm。

2.2 農村生活污水

實驗水取自農村化糞池出水，水質指標見表1。

表1 生活污水水質指標

2.3 實驗方法

2.3.1 動力學實驗

取100g鍋爐渣，放入編號為1～6號的500mL塑料瓶中，加入200mL生活污水，在30℃搖床中震蕩，每隔0min、10min、20min、30min、40min、60 min取樣，過濾，分析水體TP濃度。

2.3.2 吸附等溫線實驗

在1～6號瓶中，加入200mL生活污水，分別加入0、10、20、40、60、80、100g鍋爐渣。在30℃搖床中震蕩至吸附平衡，取樣、過濾、分析水體TP濃度。

2.4 分析方法

每個水樣測3個平行取平均值，總磷測試采用采用國家廢水監測標準方法:鉬酸銨比色法。數據分析采用Excel軟件進行統計與繪圖。

3 結果與討論

3.1 鍋爐渣對磷的吸附動力學

吸附過程中不同時刻測得廢水總磷濃度變化如圖1所示。

由圖1可見，前30min總磷濃度從6.58mg／L迅速下降到1.36mg／L；50min后濃度低于0.5mg／L；60min后基本達到吸附平衡；去除效率達到93%。

在吸附動力學研究中，通常運用一級動力學方程和二級動力學方程擬合，來分析廢水中總磷濃度隨時間的變化關系。一級、二級動力學方程式如下［10］:

圖1 不同時間鍋爐渣對磷吸附效果

式中，k1為一級吸附速率常數（min－1），k2為二級吸附速率常數（mg·L－1·min－1），c0為初始吸附濃度（mg／L）。數據擬合的相關參數見表2。

表2 一級、二級吸附動力學方程擬合參數

由表2可見，鍋爐渣吸附生活污水總磷動力學更接近一級動力學方程，吸附速率方程為rA＝－0.0496CA；初始吸附速率k1·C0達到0.3264mg·L－1·min－1。

3.2 鍋爐渣對氮的吸附等溫式

吸附量與出水濃度之間的關系如圖2所示。

圖2 吸附平衡時吸附量與出水濃度關系

對于單組分吸附，通常采用Freundich和Langmuir吸附等溫式來描述。本實驗數據統計發現，采用Freundich等溫式進行擬合相關性較高（R2＝0.9942）；而Langmuir吸附等溫式擬合結果顯示相關性不顯著（R2＝0.003）。Freundich等溫式如下［10］:

其中k、n為常數。因此，將式子（3）轉換為Inq＝1／nInc＋Ink，便可根據其線性關系作圖可求出各個參數值。

圖3 Freundich等溫式參數擬合

由圖3，可計算出n＝1.012，k＝0.0023mg／L?？梢姡瑴囟葹?0℃時，鍋爐渣對生活污水磷吸附符合Freundich等溫式:q＝0.0023c0.9879。

4 結語

實驗結果表明，鍋爐渣對農村生活污水中磷有很好的處理效果。30℃時，處理時間60min，磷去除效率達到93%，出水水質符合城鎮污水排放標準一級標準指標。吸附動力學符合一級動力學方程，r＝－0.0496 c。吸附等溫式符合Freundich吸附等溫式，30℃時，q＝0.0023c0.9879。可見，利用鍋爐渣處理農村生活污水，是一種經濟而有效的方法。

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