废水除磷方法及吸附法除磷研究现状，活性炭改性成关键

废水除磷方法及吸附法除磷研究现状，活性炭改性成关键

废水除磷的方法目前，废水除磷的方法有化学沉淀法、电解法、微生物法、水生物法、物理吸附法、土壤处理和膜技术处理等。其中吸附法因具有容量大、能耗低、污染小、去除速度快、可回收利用等优点，在除磷中得到广泛的应用。单一材料直接吸附磷的研究已经成熟，目前的主要研究方向转向对材料改性后进行磷吸附的研究。吸附法除磷的现状1.1活性炭近年来，对吸附用活性炭的研究多以改性形式出现，通过增强活性炭的化学吸附能力来提高除磷效率。含铁活性炭对磷的吸附效果良好。 通过对含铁活性炭(AC-Fe)和含铁氧化活性炭(AC/O-Fe)进行比较发现，硝酸氧化活性炭(AC/N-Fe)能够负载更多的Fe，从而在活性炭表面形成大量的活性位点，获得比AC-Fe更高的磷吸附效果。AC/N-FenAC/N-Fem的吸附过程主要以表面吸附和粒子内扩散为主，而AC/N-FenAC/N-Fem的粒子内扩散能力强，活化能较高，因此综合研究表明AC/N-Fen比AC/N-Fem具有更好的磷吸附效果。由于溶液中NO3-、SO42-、CO32-的存在，ACF-La对磷的吸附能力会变差。ACF-LaOH对磷的吸附主要机理是配体交换、静电作用和Lewis酸碱反应。

pH的升高会削弱配体交换和静电作用的能力，增强Lewis酸碱反应的能力，导致综合吸附量下降。ACF-LaFe对磷的吸附研究发现，ACF-LaFe携带大量净正电荷，使得其最大吸附容量高于ACF-LaOH，常温下最大吸附容量可达29.44mg/g。阴离子的共存对磷的吸附有不利影响，其大小顺序为：F-SO42-NO3-Cl-。1.2生物质生物质主要指自然界中一切有生命和生长的有机物，用于吸附工程的有机物及其废弃物即为生物质吸附剂。生物质吸附剂具有材料成本低、分布广、孔隙率高、比表面积大、表面羟基较多、改性简单、与磷酸根离子反应活性高、不溶于水、易于分离等优点。 近年来研究的生物质吸附剂有软体动物壳、蛋壳、甘蔗渣等。在研究利用牡蛎壳吸附初始质量浓度为10 mg/L的磷时发现，反应温度由20℃下降，壳粒径由590 μm下降到180 μm，都会提高牡蛎壳的吸附容量，牡蛎壳具有丰富的吸附位点，比大多数吸附剂更环境友好。Kose等人利用烤废蛋壳（CWE）吸附磷时发现，在pH 2～10时CWE对磷的吸附去除率大于99%，吸附剂的最佳吸附质量浓度为2g/L；其他阴离子的存在对CWE对磷的吸附影响不大。吸附磷之后的CWE由于含有大量的钙、镁和磷，可以作为肥料和土壤改良剂使用； 废弃蛋壳上附着的氢氧化铁对磷的吸附速度很快。

等研究了改性甘蔗渣对磷吸附的影响，发现负载Fe2+的甘蔗渣（0.06 mol/g）对磷的吸附效率比未负载Fe2+的甘蔗渣高45%，羧甲基改性甘蔗渣负载Fe2+的浓度比未改性甘蔗渣高80%。只需对原料进行轻微的化学改性，即可大大优化磷吸附性能。1.3 金属（氢化物）氧化物1.3.1 金属氧化物金属氧化物具有比表面积大、羟基众多、吸附选择性高的优点，氧化铁对磷的吸附主要通过球面的静电吸附和球内络合的化学吸附。 当磷的初始质量浓度为2～20 mg/L，加入吸附剂的质量浓度为0.6 g/L，反应时间为24小时时，磁性氧化铁纳米粒子的最大磷吸附容量为5.03 mg/g，之后吸附容量急剧下降为0.33 mg/g。等在研究水合氧化锆对磷的吸附时发现，当温度从25℃升高时，吸附容量由53 mg/g升高到67 mg/g，在12～12℃时约有74%的磷可以解吸。氧化锆纳米粒子对磷的吸附速度很快，在pH=6.2时最大吸附容量为99.01 mg/g，是吸附容量最高的吸附剂之一。共存阴离子浓度较高对磷的吸附影响不大。 吸附的最佳pH值为2~6，pH超过该范围吸附容量急剧下降。1.3.2水滑石黄忠子等研究发现，当磷的初始质量浓度为25~100mg/L时，30min内即可达到吸附平衡，磷去除率超过99%。

-CO3水滑石对磷有较高的选择性吸附，吸附液中离子顺序为HPO42-SO42-Cl-、NO3-。这是由于磷酸根离子直接与层间Zr（IV）离子发生反应所致。孙德志等研究了ZnAl-2-300水滑石对磷吸附的影响发现，当污泥脱水液温度由25℃升高到30℃时，水滑石的磷吸附容量明显增加，水温继续升高至50℃。焙烧ZnAl水滑石会增大比表面积，使孔隙率增大，焙烧温度为300℃时除磷效果最好，600℃时变为尖晶石，从而降低了比表面积。 胶体水滑石纳米片在pH值4.5～11范围内均有良好的除磷效果，吸附磷后的吸附剂可以作为常见海藻类Ulva的生长肥料。硅基介孔分子筛等通过“一锅法”制备MCM-41用于粉煤灰吸附磷的研究发现，在pH 10时，MCM-41-CFA-10的孔隙体积最大，为0.98 cm3/g，比表面积最大，n(Si)最小，吸附容量为64.2 mg/g，大于SBA-15的53.5 mg/g、MCM-41的31.1 mg/g和硅藻土的62.7 mg/g。 研究镧二胺基改性MCM-41对磷的吸附作用发现，吸附剂的吸附速率和吸附容量都很高，最大吸附容量可达54.3mg/g；pH 3.0～7.0为吸附反应最适宜的pH值；溶液中Cl-和NO3-的存在对磷的去除影响不大，而F-和SO42-的存在则影响较大。

Choi等对纯、氨基功能化及共缩聚SBA-15进行比较发现，它们的最大吸附容量分别为2.018、59.890和69.970 mg/g，内孔表面附着的氨基带来的强化学亲和力是纯SBA-15具有更高吸附容量的原因。1.5 粘土矿物粘土矿物是组成粘土岩和土壤的主要矿物，是一些主要含铝、镁等的水合硅酸盐矿物，是各种土壤和沉积物的主要成分，其结构特征是呈水合层状结构。吸附工程中常用的粘土矿物有高岭石、膨润土、蛭石等，凹凸不平的表面上Al、Si等活性位点暴露，对磷的吸附能力变强。 质量分数为9%的酸改性高岭土在25mL初始磷质量浓度为20mg/L的溶液中磷吸附效果最好，去除率​​可达81.8%。500煅烧改性高岭土中Al元素表现出最佳活化状态，溶液中磷的去除率可达99.5%。S.Gupta等对未改性、煅烧和酸改性高岭土进行了对比研究发现，其中酸改性高岭土的磷吸附容量最大，加入少量高岭土可以大大降低溶液中的磷酸盐。张建军等用镧改性膨润土吸附淡水和咸水中的磷，发现当pH超过8.1时，膨润土与磷的结合能力受到很大影响，由于CO32-在硬水中溶解度较大，因此在硬水中这种影响更为明显。王峰等采用盐酸和煅烧改性膨润土进行磷吸附研究，发现随着酸浓度的增加，改性膨润土的除磷效果增强，在磷初始质量浓度为10 mg/L、pH=9时，500份煅烧改性膨润土的磷去除率为92.77%，残余磷质量浓度为0.47 mg/L，已达到废水综合排放一级A标准。

等研究了La(OH)3改性膨胀蛭石对磷的吸附,发现蛭石在25 ℃时的最大吸附容量为79.6 mg/g。用改性蛭石处理2 mg/L低浓度磷酸盐二级出水,10 min内磷去除率可达97.9%,使磷的质量浓度降至50 ℃以下。溶液中F-、Cl-、NO3-、SO42-的存在对磷的去除影响不大,但0.1 mol/L CO32-的存在会使磷的去除率降低至54.3%。谢建军等。 研究了煅烧温度对凹凸棒土吸附磷的影响发现，在煅烧温度200~900 ℃中，700 ℃煅烧的凹凸棒土，最大吸附容量为5.2 mg/g。Yang等研究了鹿沼土对磷的吸附发现，吸附过程前110 min为快速反应，后110 min为慢反应，最大吸附容量为2.13 mg/g。由于吸附的最适pH为6，因此鹿沼土吸附废水中的磷一般不需要调节pH。1.6 其他 除上述吸附剂外，铁矿石、石墨烯和凝胶也可用作除磷的吸附剂。M.等研究了水铁矿对磷酸的吸附发现，在pH=4时，最大吸附容量为104.8 mg/g； 当pH=7时吸附容量为77.8mg/g。

该吸附剂可直接用于城市污水(pH 6.5~7.3)的处理，溶液中Cl-、NO3-、SO42-的存在对磷的去除影响不大。邵鹏辉等研究了磁铁矿-针铁矿混合相对磷的吸附发现，当初始磷质量浓度为51.8 mg/L，pH=2，磁铁矿-针铁矿混合相添加质量浓度为10时，磁铁矿-针铁矿对溶液中磷的去除率可达94.16%；当初始磷质量浓度为100 mg/L，温度为30℃时，石墨烯对磷的吸附容量可达89.37 mg/g。T.Singh等采用未经任何处理的Cu水凝胶直接吸附磷，发现在pH=6.1时，凝胶对磷的吸附容量最大，为87.62mg/g，共存阴离子对除磷影响大小顺序为-SO42-HCO3-Cl-NO3-，前两者影响较大，后两者影响较小。结论吸附除磷与其他除磷技术相比，具有容量大、能耗低、污染小、去除速度快、可回收利用等优势，但也存在不少不足：共存离子对改性活性炭除磷影响较大；生物质的吸附容量较小；pH值的变化对金属氧化物的吸附容量影响较大；几种特定的阴离子对硅基介孔分子筛影响较大；粘土矿物普遍存在吸附容量较小的缺陷。 因此，在未来吸附除磷研究中，有几个主要方面值得深入探索：对吸附剂后续处理的研究，不重视磷吸附后的后续处理，往往会带来二次污染，不利于环境保护。废弃物可以开发成植物肥料或土壤改良剂。随着吸附剂改性的发展和理论研究的深入，吸附必将在废水除磷和富营养化水体处理中发挥重要作用。