诱导结晶耦合吸附处理高浓度含磷废水的效能研究.pdfVIP

摘要

磷是地球上各类生命生存的关键元素，由于人类的活动，天然磷循环已经受

到很大程度的干扰，以至于人类面临针对磷资源的两个重要问题：磷酸盐矿石

作为资源供应的不断减少，以及自然水系统中磷过多导致富营养化，因此磷污

染成为亟需解决的问题。诱导结晶法又称异相结晶法，可以通过在诱导晶种的

表面完成结晶过程达到去除磷元素的目的，本课题选择了羟基磷灰石（HAP）

作为目标结晶产物，其本身是磷矿石的主要成分之一，有利于磷的回收。诱导

结晶工艺无法保证出水达标，利用吸附法将剩余的磷进一步去除，将磷对水体

的污染污染降到最低。

为解决诱导结晶除磷效果差、投药量大的问题，研究了诱导结晶中诱导晶种

的改性，考察了不同种改性方式对于诱导结晶除磷的效果影响，发现Mg2+改性

晶种诱导结晶的磷去除率最高；设计了流化床反应器，进行了诱导结晶去除磷

的实验，考察了不同的运行方式对于磷去除率的影响。探究了流化床的最佳工

艺参数，发现在循环流量为4L/min，pH=9.0，Ca/P=1.67，晶种投加量为25.0

g/L，晶种粒径为40-80目、上升流速为5.0cm/min下，流化床反应器去除磷的

效果达到最佳。通过实验表明，通过Mg2+改性的诱导晶种进行流化床实验，可

以将投药量（即Ca/P）降低至1.67。

利用Mg2+改性的诱导结晶流化床工艺将磷浓度降低到1mg/L左右，无法达

到除磷要求，制备了新型层状双氢氧化物（LDHs），作为吸附剂对诱导结晶工

艺出水的剩余磷进行进一步的处理。通过共沉淀法制备了两种吸附剂，分别利

用ZnCl2和聚合氯化铝（PAC）、ZnCl2和聚合硫酸铁（PFS），制备了PA-LDHs

和PF-LDHs两种吸附剂；通过实验确定了最佳的制备条件，并对两种吸附剂进

行了相关表征。通过等温吸附实验及其模型拟合计算考察了PA-LDHs及PF-

LDHs的吸附容量，分别为93.31mg/g和79.28mg/g，与不加入聚合物制备的

LDHs相比，吸附容量分别提升了48.30%和71.64%。考察了PA-LDHs和PF-

LDHs的循环使用性能，NaCl作为再生试剂最为合适，两种LDHs再生率分别

为98.08%和61.07%，PA-LDHs的可再生使用次数达到了6次，而PF-LDHs的

为4次。

探究了诱导结晶耦合吸附工艺中两种LDHs吸附剂的性能。其中PA-LDHs

实验组出水磷浓度为0.28mg/L，而PF-LDHs实验组为1.18mg/L，说明PA-

LDHs在上一步诱导结晶工艺的出水中具有更好的吸附除磷能力。在诱导结晶

和LDHs吸附联用的连续流实验中发现，PA-LDHs实验组明显效果更好，在实

验出水的50min以内，出水浓度基本保持在0.3mg/L以下；而PF-LDHs实验

组出现击穿，击穿前出水浓度在1.0mg/L-2.0mg/L之间波动。

关键词：HAP结晶；吸附除磷；层状双氢氧化物；磷资源；

Abstract

PhosphorusisacriticalelementforthesurvivalofvariousformsoflifeonEarth.

Duetohumanactivities,thenaturalphosphoruscyclehasbeengreatlydisturbed,

leadingtotwoimportantproblemsrelatedtophosphorusresources:thecontinuous

reductionofphosphateoreasaresourcesupplyandexcessivephosphorusinnatural

watersystemsleadingtoeutrophication.Therefore,phosphoruspollutionhasbecome

anurgentproblemthatneedstobeaddressed.Indu