蜂窝煤渣对磷吸附特性探讨

吴秋仙,刘学伟

(1. 盐城市亭湖区水产技术推广站，江苏 盐城 224001；2. 江苏长寿集团南山饲料有限公司，江苏 盐城 224001)

随着我国城市经济与社会的发展，环境污染问题日益突出。各类污水及地表径流的流入，造成许多城市河流、湖泊等景观水体氮磷浓度严重超标，富营养化现象严重。众多研究表明，我国水体富营养化的原因是由于氮磷两种营养盐含量超标，但多数富营养化水体中的控制因素为磷[1]， 一般认为当水体中总磷浓度大于0.02mg/L时，对水体富营养化起明显的促进作用[2]。因此，有效去除水体中的磷污染物，已成为防治水体富营养化的主要途径。富营养化引起的赤潮对海洋渔业及海产养殖业危害极大[3]。因此，开发出适合于中国国情及当地实际情况的控磷、除磷技术是当务之急。目前，常用的除磷方法主要有化学法、生物法和吸附与离子交换法等[4]， 其中吸附除磷技术因其操作简单、处理成本低、效果好等优点而受到人们重视。

蜂窝煤渣是日常生活废弃物，而且含有Ca、Al、Fe、Mg等多种活性成分，微孔多、比表面积大、吸附能力强，可作为除磷吸附剂。该文研究了其在不同吸附时间、水体pH值、蜂窝煤渣用量和磷初始浓度等条件下，对水体中磷的吸附规律，考察了蜂窝煤渣对水体中磷素的选择性吸附特征，探讨蜂窝煤渣用作除磷吸附剂的可行性，为蜂窝煤渣用于污水除磷工艺奠定基础 。

1 材料与方法

1.1 试验材料

含磷100 mg/L的磷酸盐标准溶液(使用时再稀释10倍、20倍)，硫酸钼酸铵锑贮备液，磷酸盐显色剂(不稳定，现用现配)。

蜂窝煤球取自餐馆，50个，粉碎后，用80目的标准检验筛过筛后，置于试剂瓶中，干燥器中保存备用。

1.2 试验方法

试验方法采用静态吸附法[5]：将备用的煤渣放入不同pH值、用量、浓度及不同时间条件下的水样中，振荡至吸附平衡，离心取上清液。采用的钼蓝法测定磷[6]：取待测溶液10.0 mL于25 mL比色管中，用蒸馏水稀释至25 mL刻度，再加入1.0 mL磷酸盐显色剂，静置30 min后，用分光光度法测定吸光度，波长为720 nm，用标准曲线法确定磷的含量。

1.2.1 磷的标准曲线的绘制 取6支25 mL比色管，依次加入10 mg/L磷溶液，用蒸馏水稀释浓度至2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mg/L，以不加磷溶液为对照，再加入1.0 mL磷酸盐指示剂，静置30 min后，用分光光度法测定吸光度，制作标准曲线。

1.2.2 吸附时间对吸附性能的影响 取7个250 mL的锥形瓶，分别加入5 mg/L的磷标准溶液100 mL，各加入蜂窝煤渣(吸附剂)1.00 g，以不加蜂窝煤渣为对照。将锥形瓶放于振荡器，分别振荡10、20、30、60、90、120 min，温度控制在(25±1) ℃，转速3 000 r/min，离心3 min。取上清液，测定磷的含量，做3个平行。由标准曲线确定上清液中磷的浓度，计算蜂窝煤渣对磷的吸附量与去除率：

Q=(C0-C)V/m；去除率(%)

=100×(CO-C)/C0

式中：Q——吸附量(mg/g)；

V——被处理溶液体积(mL)；

m——吸附剂蜂窝煤渣的干重(g)；

C0——吸附前磷的浓度(mg/L)；

C——吸附后磷的浓度(mg/L)。

1.2.3 pH值对吸附性能的影响 取11个250 mL锥形瓶，分别加入5 mg/L的磷标准溶液100 mL，滴加HCl(0.1 mol/L)或NaOH(0.1 mol/L)，将溶液的pH值分别调至3.06、3.83、4.65、5.62、6.10、6.35、6.68、7.28、7.85、8.71、9.30，分别加入蜂窝煤渣1.00 g，以不加蜂窝煤渣为对照。振荡90 min，温度控制在(25±1) ℃，转速3 000 r/min，离心3 min。取上清液，测定磷的含量，做3个平行。按照1.2.2中公式，比较不同pH值条件下吸附磷的效果。

1.2.4 蜂窝煤渣用量对吸附性能的影响 取7个250 mL锥形瓶，分别加入5 mg/L的磷标准溶液100 mL，再分别加入0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0 g蜂窝煤渣，以不加蜂窝煤渣为对照。振荡90 min，温度控制在(25±1) ℃，转速3 000 r/min，离心3 min。取上清液，测定磷的含量，做3个平行。按照1.2.2中公式，比较不同用量条件下吸附磷的效果。

1.2.5 磷的初始浓度对吸附性能的影响 取12个250 mL锥形瓶，5 mg/L的磷标准溶液加蒸馏水定容至100 mL，浓度分别为0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0 mg/L，分别加蜂窝煤渣1.0 g，以不加蜂窝煤渣为对照。振荡90 min，温度控制在(25±1) ℃，转速3 000 r/min，离心3 min。取上清液，测定磷的含量，做3个平行。按照1.2.2中公式，比较磷不同浓度条件下吸附磷的效果。

2 结果与分析

2.1 标准曲线绘制

以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线(图1)，吸光度(A)与浓度(C)的关系：A=0.207 2C，R2=0.995 1，表明线性关系良好。

图1 磷的标准曲线

2.2 吸附时间对吸附性能的影响

在吸附的初始阶段(10～30 min)，磷的去除率随吸附时间增加而显著上升(图2)。

图2 吸附时间对蜂窝煤渣去除率的影响

吸附过程本身是平衡的过程，达到平衡的时间即最佳时间，当吸附时间为30 min时，去除率已达到80%以上，吸附时间为60 min后，去除率基本稳定，可达92%以上，说明磷的最佳吸附时间为60 min， 对照组对磷无去除率。为了使其充分反应，本文选择的时间为90 min。

2.3 pH值对吸附性能的影响

以蜂窝煤渣作为吸附剂处理磷溶液时，pH值对溶液中磷的去除率有一定影响，但不是很明显(图3)。pH值在6～7之间蜂窝煤渣对磷的去除率略高，但差异不大，都在90%以上。

图3 pH值对蜂窝煤渣去除率的影响

2.4 蜂窝煤渣用量对吸附性能的影响

随着蜂窝煤渣用量的增加，对磷的吸附量呈不断增大趋势。蜂窝煤渣的用量在低于0.4 g时，对溶液中磷的去除率变化不大；用量在0.4～1.0 g时，去除率显著上升；用量在1 g左右时，去除率可达90%以上(图4)；对照组对磷无去除率。本文选择的蜂窝煤渣用量为1.0 g。

图4 蜂窝煤渣用量对蜂窝煤渣去除率的影响

2.5 磷的初始浓度对吸附性能的影响

改变溶液中磷的初始浓度，蜂窝煤渣吸附率也有变化，当磷的初始浓度低于4 mg/L时，随浓度的增加，去除率急剧升高。当磷的初始浓度高于4 mg/L时，溶液中磷的去除率变化不大，都在90%以上，因为吸附是一个平衡过程。图5说明磷的初始浓度在4 mg/L时，吸附已充分，本文选择的磷的初始浓度在4 mg/L。

图5 磷的初始浓度对蜂窝煤渣去除率的影响

3 讨 论

吸附法作为一种从低浓度溶液中去除特定溶质的高效低耗方法，特别适用于废水中有害物质的去除。影响吸附的因素是多方面的，吸附剂结构、吸附剂性质、吸附过程的操作条件等，均影响吸附效果。选择合适的吸附剂，控制最佳的操作条件十分重要。

蜂窝煤渣来源丰富，成本较低，表面积较大，无毒，吸附性能较好。于广超等人[7]利用蜂窝煤渣、粉煤灰、沙壤土、山里兰石对养殖用水中磷的去除率进行研究，结果表明蜂窝煤渣对磷的去除率最大，是生产用水中较好的磷吸附剂材料。

一般来说，蜂窝煤渣用量越多，磷的去除率就越高，净化效果就越好，但用量达到一定值时，去除效果上升不明显，可能由于用量过多，某些组分溶解导致吸附达到饱和状态，本文选择的蜂窝煤渣用量为1.0 g/100 mL。

蜂窝煤渣吸附磷显示出“快速吸附，缓慢平衡”的特点。在吸附作用的初始阶段，去除率随时间推移显著上升，此后逐渐趋于平缓，60 min左右可以基本达到平衡。

pH值对溶液中磷的去除率有一定影响，但差异不大，都在90%以上。

磷的浓度增高对吸附过程产生促进作用，当浓度达到4 mg/L，吸附趋于平衡。

综合考虑蜂窝煤渣吸附磷酸根的多种影响因素，并结合最小蜂窝煤渣浓度，污水排放标准，应用蜂窝煤渣的物理化学吸附性质可处理废水[8]。从各方面来讲，采用蜂窝煤渣为吸附剂除去污水中磷污染物，可达到很好的效果。徐建宇等人[9]通过对模拟养殖用水动力学和等温吸附实验结果表明，蜂窝煤渣具有较好的吸附除磷能力，可应用于水产养殖用水。通过众多学者的实验研究及推广应用，蜂窝煤渣可作为养殖用水中较好的磷吸附剂，而且蜂窝煤渣中含有生石灰，可以在一定程度上调节水中的pH值，改善水质。