天然菱铁矿和方解石矿物及其改性产物除磷性能研究

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磷是植物生长必须的营养元素之一,过量的磷排入水体中易引起水体富营养化。吸附法因其操作简便、运行稳定,在废水治理和饮用水净化领域得到广泛应用。由于来源广,价格低廉等优势,越来越多学者研究以天然矿物为吸附剂除磷,其中又以钙基矿石与铁基矿石研究较多。针对上述研究背景,本文选用结构相似的菱铁矿和方解石作为吸附剂,探究其吸附性能。主要研究内容和结论如下:  1、以天然菱铁矿和方解石为吸附剂,探讨吸附剂粒径、投加量、溶液初始pH等因素对吸附的影响,并对吸附剂的吸附行为进行研究。吸附热力学结果表明菱铁矿与方解石对磷的吸附均是吸热过程,是由焓推动的自发过程。吸附动力学曲线表明菱铁矿的吸附过程更符合准二级动力学方程;而方解石对磷的符合准一级动力学方程,为单层吸附。随着粒径的减小,投加量的增加或者初始P浓度的增加,二者的除磷效率增加。随溶液pH值增加,天然菱铁矿对磷的去除率而先增后减。而方解石对磷的去除率随pH升高而降低。溶液中存在少量阴离子的NO3-、Cl-对菱铁矿和方解石除磷影响都很小,HCO3-对菱铁矿和方解石除磷有抑制作用。SO42-对方解石除磷也有抑制作用。  2、分别用煅烧和硫酸铝盐化的方法对天然菱铁矿和方解石进行改性。改性对菱铁矿除磷效果有影响,但对方解石的影响不大。改性菱铁矿过程中各因素对改性产物除磷效果的影响强度:煅烧温度的影响>铝浓度的影响>煅烧时间的影响。最佳的改性条件是:煅烧温度为385℃,铝浓度为10.35g/L,煅烧时间为115min。通过表征分析可知,改性后的菱铁矿,表面纹理变多,比表面积变大,部分菱铁矿被氧化成赤铁矿,有利于除磷效率提高。  3、探究两种矿石的除磷机理,并进行动态吸附实验。方解石主要通过沉淀作用除磷。菱铁矿主要水解产生含铁氢氧化合物进行配位体交换反应而吸附在菱铁矿表面。随着进水速度和磷浓度的增大,穿透点提前。采用Thomas,Yoon-Nelson,Bohart-Adams三种模型对吸附曲线进行拟合,发现三种曲线都能很好地描述两种矿石的吸附行为。动态吸附柱重复性实验说明菱铁矿,方解石的可重复利用性均不高。
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