鹽酸改性粉煤灰抑制沉積物中磷釋放

李國新

摘? 要：使用鹽酸改性粉煤灰不僅能夠提高粉煤灰的吸附能力，而且還能去除粉煤灰中的有害物質。本研究利用酸改性粉煤灰對于磷的吸附能力，來探究其對沉積物中磷釋放的抑制效果。結果表明，體積濃度未0.01的鹽酸溶液改性后粉煤灰吸附磷的效果最好。在室內模擬沉積物釋放過程，酸改性粉煤灰可以抑制P1、P2、P3沉積物中32.21、38.09、59.48%的磷釋放，具有很好的應用前景。

關鍵詞：酸改性;粉煤灰;磷;沉積物

中圖分類號：X703? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

隨著對水體富營養化研究的深入，沉積物作為磷的內源污染源的作用已經引起重視。當受到擾動或環境條件（溫度、氧化還原電位、pH等）發生變化時，累積在沉積物中磷元素會釋放至上覆水中，延緩水質修復或者加速水體的富營養化[1]。粉煤灰來源于煤發電廠行業，是我國產量最大的工業廢物，粉煤灰的綜合利用也是如今熱點關心的問題。粉煤灰的主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3等氧化物，具有多孔結構和較大的比表面積，對水中的磷酸鹽具有良好的吸附效果[2]。有研究表明，使用酸溶液對粉煤灰可以進一步提高其對磷的吸附能力，且鹽酸改性能夠取得最好的效果[3]。因此本研究在此基礎上，使用不同濃度的鹽酸對粉煤灰進行改性，確定鹽酸最佳使用濃度。同時將改性后的粉煤灰添加入干樣沉積物中，在室內模擬沉積物釋放磷的過程，探討粉煤灰對沉積物釋放磷的抑制效果，希望能給粉煤灰修復磷污染沉積物的研究提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 粉煤灰改性方法

準確稱取1g過100目篩的粉煤灰樣品于50ml離心管中，分別加入25mL鹽酸體積濃度為0、0.01、0.02、0.03、0.05、0.1、0.15、0.2的鹽酸溶液，放于恒溫震蕩箱以250r/min的轉速培養24h。培養后的改性粉煤灰離心倒去上清液，使用25ml的蒸餾水清洗酸改性后的粉煤灰樣品，后離心并倒掉清洗液，重復這個過程直到清洗液pH=7。清洗完后的粉煤灰，在烘箱中烘干后裝袋放入干燥箱中貯存[4]。

1.2 改性粉煤灰吸磷實驗

準確稱取0.2197g分析純磷酸二氫鉀，溶解于水中，并定容至1000ml，得到磷酸鹽濃度為50mg/L的標準貯藏液。再取10ml磷酸鹽標準貯藏液于250ml容量瓶中定容至刻度線，得到2mg/L的磷酸鹽使用液。稱取0.2g酸改性的粉煤灰于50ml離心管中，加入20ml磷酸鹽使用液（固液比為1：100），在25℃恒溫震蕩箱中培養24h，離心，測定上覆水的SRP（溶解性反應性磷濃度），測磷方法參考《鉬酸銨分光光度法》（GB 11893-89）。

1.3 粉煤灰抑制沉積物中磷釋放實驗

沉積物樣品來自四川省眉山市仁壽縣的球溪河流域，樣品P1、P2、P3總磷含量分別為651mg/kg、701mg/kg、822mg/kg。稱取干燥沉積物樣品0.2g于50ml離心管中，分別投加0.020g改性粉煤灰，使得粉煤灰與沉積物重量比值為1：10，同時設置不加粉煤灰的對照組，再加入20ml無磷蒸餾水，在25℃恒溫震蕩箱中培養24h，離心，測定上覆水的SRP，通過換算得到沉積物的磷釋放量[5]。

2 結果與分析

不同濃度鹽酸改性粉煤灰吸附磷達到平衡時，上覆水中磷的濃度見圖1。原水的磷濃度為2mg/L，經過改性粉煤灰吸附后，上覆水中磷的濃度已經下降至0.65-1.81mg/L，去除率達到9.16-67.53%。體積濃度0.01鹽酸溶液改性后的粉煤灰，磷的吸附效率最高，達到67.53%。未經過酸改性的粉煤灰，對于磷的去除效果為62.59%，可見酸改性后的粉煤灰對于磷的吸附效果去除效果提高了5%。其原因是在鹽酸的侵蝕作用下，粉煤灰表面形成了更多的孔隙，使得粉煤灰整體孔隙度增加，對磷的吸附能力增強[6]。但是隨著使用鹽酸的濃度增加，粉煤灰的吸附能力減弱，推測原因為鹽酸濃度增加，使得原有細小孔隙被鹽酸侵蝕擴大，粉煤灰表面基本為較大的孔隙，比表面積減小，因此對于磷的吸附能力下降。0.01鹽酸改性粉煤灰并沒有顯著提高粉煤灰的吸附磷的能力，但是通過酸處理后的粉煤灰，其中的有害物質如重金屬、Al3+、OH-等已經被鹽酸給提取出來，具有更好的應用前景。

河流磷污染沉積物P1、P2、P3在未添加粉煤灰的時的磷釋放量位為18.43、23.38、33.27mg/kg。添加不同濃度鹽酸改性粉煤灰后沉積物的磷釋放量見圖2。0.01鹽酸改性粉煤灰可以抑制沉積物P1、P2中32.21%、38.09%磷釋放，而0.02%鹽酸改性粉煤灰抑制沉積物P3中59.48%的磷釋放。相比于未做酸性處理的粉煤灰，酸改性后的粉煤灰作用使得P1、P2、P3沉積物中磷釋放抑制效果分別上漲了2.68、21.16、17.84%，可見P1抑制效果較不明顯，而P2、P3抑制效果增加較多。三個沉積物磷釋放量變化趨勢相同：隨著鹽酸濃度增加，磷釋放量先降低后增加，抑制釋放效果先增加后降低，與粉煤灰對于磷的吸附變化曲線一致。故推測抑制效果變化原因是粉煤灰的吸附能力變化。酸改性后的粉煤灰抑制沉積物中磷的釋放依靠粉煤灰對于磷的吸附效果。

3 結束語

酸改性后粉煤灰對于磷的吸附能力增加，對于沉積物的磷釋放抑制效果也增加。最佳改性鹽酸使用濃度為0.01。此外，通過0.01鹽酸改性后的粉煤灰，原有的危害物質如重金屬、OH-、Al3+被去除，使得粉煤灰具有更好的應用前景。未做酸改性的粉煤灰對磷吸附和抑制沉積物磷釋放具有一定效果，是因為其含有一定成分的Fe、Al、Ca等化合物，對磷具有一定穩定能力，但是在酸改性過程中，這一部分組分丟失，這也是為什么粉煤灰吸附抑制效果并未顯著提高的原因。后續可以在改性粉煤灰中添加一些Fe、Ca氧化物，來進一步加強化改性粉煤灰抑制沉積物中磷釋放的效果。

參考文獻：

[1]李慧，周易勇，余能智.錦江河沉積物磷形態與吸附行為及磷釋放風險[J].水生態學雜志，2017，38（04）：27-35.

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[3]丁佳棟，陳迤岳，陳曉飛，等.不同改性粉煤灰處理含磷廢水效果比較研究[J].杭州師范大學學報（自然科學版），2018，17（03）：

264-268.

[4]肖前斌，謝桂芳.改性粉煤灰的制備及其對重金屬吸附性能研究[J].廣東化工，2018，45（18）：54-55.

[5]金曉丹，吳昊，陳志明，等.長江河口水庫沉積物磷形態、吸附和釋放特性[J].環境科學，2015，36（02）：448-456.

[6]宋祎楚.粉煤灰合成沸石去除水中重金屬能力研究[D].北京林業大學，2015.