硬硅钙石对废水中磷的吸附研究
摘 要摘 要采用静态吸附法考察了硬硅钙石对水中磷的去除效果。探讨了硬硅钙石投加量、反应时间、反应温度、磷溶液初始浓度、溶液初始pH值等因素对硬硅钙石去除磷过程的影响，并正交优化确定最优除磷方案。结果表明：磷初始浓度为20mg/L，pH=2，硬硅钙石投加量为25g/L，反应温度为20℃，反应时间为80 min时，废水中磷的去除率可达91.6%；采用Freundlich等温吸附模型对吸附等温线进行拟合，拟合方程为qe=0.2628ce0.6807，线性相关系数R=0.9637，表明该反应过程可以用Freundlich模型拟合，说明此吸附反应为物理吸附；采用Langmuir等温吸附模型进行拟合，拟合方程为1/qe=4.4954 /ce+0.3255，线性相关系数R=0.9559；对该反应的动力学分别利用准一级、准二级、修正准一级、颗粒内扩散方程进行拟合，拟合结果表明：采用修正准一级方程拟合，拟合方程为dqt/dt=0.0331qe（qe-qt）/qt，线性相关系数R=0.9594，拟合效果良好，说明该反应动力学可以用修正准一级方程进行拟合。 关键词：硬硅钙石；含磷废水；吸附Abstract 目 录
第一章 绪 论 1
1.1 含磷废水概述 1
1.1.1 磷元素及中国磷矿现状 1
1.1.2 含磷废水的来源 1
1.1.3 水体富营养化及防治 1
1.2 含磷废水的处理方法 2
1.2.1 混凝沉淀除磷 2
1.2.2 生物法除磷 3
1.2.3 吸附法除磷 4
1.3 污水除磷时的问题和发展趋势 7
1.3.1 污水除磷中存在的问题 7
1.3.2 污水除磷的发展趋势 7
1.4 硬硅钙石概述 7
1.4.1 硬硅钙石 7
1.4.2 硬硅钙石在水处理方面的应用 8
1.4.3 硬硅钙石的发展方向 9
1.5 课题研究的意义 9
1.5.1 研究背景 9
1.5.2 研究的内容及目标 10
第二章 实验部分 11
2.1 实验仪器与药品试
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
1.4 硬硅钙石概述 7
1.4.1 硬硅钙石 7
1.4.2 硬硅钙石在水处理方面的应用 8
1.4.3 硬硅钙石的发展方向 9
1.5 课题研究的意义 9
1.5.1 研究背景 9
1.5.2 研究的内容及目标 10
第二章 实验部分 11
2.1 实验仪器与药品试剂 11
2.1.1 实验仪器 11
2.1.2 实验药品 11
2.2 实验材料及研究方法 11
2.2.1 硬硅钙石的预处理 11
2.2.2 研究方法 12
2.3 分析方法 12
2.3.1 废水中磷含量的测定 12
2.3.2 废水中磷的去除率的计算 12
第三章 结果与讨论 13
3.1 标准曲线的绘制 13
3.2 硬硅钙石对废水中磷的去除条件 13
3.2.1 投加量对磷的去除率的影响 13
3.2.2 反应时间对磷的去除率的影响 14
3.2.3 初始废水的pH对磷的去除率的影响 16
3.2.4 反应温度对磷的去除率的影响 16
3.2.5 初始溶液浓度对磷的去除率的影响 17
3.3 正交实验设计 18
3.3.1 因素水平表 18
3.3.2 正交实验确定最佳实验条件 19
3.3.3 画极差趋势图确定最佳的实验条件 19
3.4 吸附等温线的测定及其拟合 21
3.4.1 吸附等温线的测定 21
3.4.2 吸附等温线的拟合 22
3.5 吸附动力学分析 24
3.5.1 准一级动力学方程拟合 24
3.5.2 修正准一级动力学方程拟合 25
3.5.3 准二级动力学方程拟合 26
3.5.4 颗粒内扩散方程拟合 27
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
第一章 绪 论
1.1 含磷废水概述
1.1.1 磷元素及中国磷矿现状
磷是一种重要的造岩元素和营养元素，大量存在于动物和植物体内。磷是构成人体骨骼和牙齿的重要元素，几乎参与人体内的所有化学反应，同时也是生物遗传物质——核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）的组成元素，被称为生命元素。磷还是合成核蛋白、卵磷脂及其他磷化合物的重要元素，它在生物的代谢和物质转化过程中起着重要的作用，辅酶I、辅酶Ⅱ、磷酸腺苷（ADP和ATP）等都含有磷[1]。
磷矿是指能够用于经济方面的磷酸盐矿的总称，磷矿广泛用于工农业中[2]。磷矿资源不仅可以用来制造磷肥，用于农业生产，而且可以用于提取黄磷、赤磷、磷酸、磷酸盐类及磷化合物，广泛应用于医药、食品、火柴、燃料、制糖、陶瓷、化工、冶金、军事等领域，世界上工业愈发达的国家，磷制品的种类和数量愈多[2]。因此，合理地开发和利用磷矿资源是每个国家都需要面对的问题，同时这也是可持续发展的要求，据预测，10年之后中国的富矿将竭尽，形势不容乐观[2]。
1.1.2 含磷废水的来源
工业、农业、日常生活中均会产生含磷废水，随着环境保护法规的逐渐严格，总磷的排放已经成为了不少流域的控制指标。根据2013年中国环境状况公报，松花江流域轻度污染，与上年相比，水质无明显变化，主要污染指标为高锰酸盐指数、化学需氧量和总磷[3]，与松花江流域类似的以总磷为主要污染指标之一的流域还有海河流域、太湖、巢湖、滇池、27个重要水库中的尼尔基水库等[3]。由此可见，总磷的严格控制成为了我们必须解决的问题，这也是我们保护赖以生存环境的必需措施。
生活污水和工业废水是含磷废水的主要来源，生活污水中磷的浓度为4~15mg/L，而洗涤剂、化肥、农药的生产过程中所产生的废水中磷的含量超过了10mg/L[4]。一般情况下，含磷浓度超过0.02mg/L的废水排放就会导致水体富营养化[4]，所以含磷废水在排放之前必须进行处理。
1.1.3 水体富营养化及防治
水体富营养化即水体中有机物的产生速度远远大于消耗速度，从而导致水体生态 失衡现象的产生。水体富营养化发生时，不同的优势浮游藻类形成不同颜色的水华，有乳白色、蓝色、棕色、红色等，海洋中发生的水体富营养化我们一般称之为赤潮或者红潮。
磷酸盐是限制地表淡水植物生长的主要因素。而生活污水和工业废水以及农业中施用磷肥产生的废水中含有大量的磷，磷的大量排入，使得水体中的藻类大量繁殖，较短的生长周期使得藻类会迅速增殖，藻类死亡之后，好氧微生物分解藻类大量消耗水体中的溶解氧，而厌氧微生物分解藻类会产生硫化氢气体，从而使得水质进一步恶化。
水体富营养化使得水体中溶解氧含量降低，水体的浊度增加，鱼、虾等水生动物大量死亡，厌氧微生物大量繁殖，微生物在厌氧条件下分解产生硫化氢等气体，藻类死亡之后仍会释放大量的氮、磷等元素，从而使得水体的富营养化程度和污染程度加剧。
水体富营养化防治的严峻性取决于两个方面，一是污染源的复杂性，二是没有高效去除氮、磷的方法措施。防治水体富营养化的措施主要就是依据以上两个方面开展，一是严格控制外源性营养物质的排
第一章 绪 论 1
1.1 含磷废水概述 1
1.1.1 磷元素及中国磷矿现状 1
1.1.2 含磷废水的来源 1
1.1.3 水体富营养化及防治 1
1.2 含磷废水的处理方法 2
1.2.1 混凝沉淀除磷 2
1.2.2 生物法除磷 3
1.2.3 吸附法除磷 4
1.3 污水除磷时的问题和发展趋势 7
1.3.1 污水除磷中存在的问题 7
1.3.2 污水除磷的发展趋势 7
1.4 硬硅钙石概述 7
1.4.1 硬硅钙石 7
1.4.2 硬硅钙石在水处理方面的应用 8
1.4.3 硬硅钙石的发展方向 9
1.5 课题研究的意义 9
1.5.1 研究背景 9
1.5.2 研究的内容及目标 10
第二章 实验部分 11
2.1 实验仪器与药品试
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
1.4 硬硅钙石概述 7
1.4.1 硬硅钙石 7
1.4.2 硬硅钙石在水处理方面的应用 8
1.4.3 硬硅钙石的发展方向 9
1.5 课题研究的意义 9
1.5.1 研究背景 9
1.5.2 研究的内容及目标 10
第二章 实验部分 11
2.1 实验仪器与药品试剂 11
2.1.1 实验仪器 11
2.1.2 实验药品 11
2.2 实验材料及研究方法 11
2.2.1 硬硅钙石的预处理 11
2.2.2 研究方法 12
2.3 分析方法 12
2.3.1 废水中磷含量的测定 12
2.3.2 废水中磷的去除率的计算 12
第三章 结果与讨论 13
3.1 标准曲线的绘制 13
3.2 硬硅钙石对废水中磷的去除条件 13
3.2.1 投加量对磷的去除率的影响 13
3.2.2 反应时间对磷的去除率的影响 14
3.2.3 初始废水的pH对磷的去除率的影响 16
3.2.4 反应温度对磷的去除率的影响 16
3.2.5 初始溶液浓度对磷的去除率的影响 17
3.3 正交实验设计 18
3.3.1 因素水平表 18
3.3.2 正交实验确定最佳实验条件 19
3.3.3 画极差趋势图确定最佳的实验条件 19
3.4 吸附等温线的测定及其拟合 21
3.4.1 吸附等温线的测定 21
3.4.2 吸附等温线的拟合 22
3.5 吸附动力学分析 24
3.5.1 准一级动力学方程拟合 24
3.5.2 修正准一级动力学方程拟合 25
3.5.3 准二级动力学方程拟合 26
3.5.4 颗粒内扩散方程拟合 27
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
第一章 绪 论
1.1 含磷废水概述
1.1.1 磷元素及中国磷矿现状
磷是一种重要的造岩元素和营养元素，大量存在于动物和植物体内。磷是构成人体骨骼和牙齿的重要元素，几乎参与人体内的所有化学反应，同时也是生物遗传物质——核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）的组成元素，被称为生命元素。磷还是合成核蛋白、卵磷脂及其他磷化合物的重要元素，它在生物的代谢和物质转化过程中起着重要的作用，辅酶I、辅酶Ⅱ、磷酸腺苷（ADP和ATP）等都含有磷[1]。
磷矿是指能够用于经济方面的磷酸盐矿的总称，磷矿广泛用于工农业中[2]。磷矿资源不仅可以用来制造磷肥，用于农业生产，而且可以用于提取黄磷、赤磷、磷酸、磷酸盐类及磷化合物，广泛应用于医药、食品、火柴、燃料、制糖、陶瓷、化工、冶金、军事等领域，世界上工业愈发达的国家，磷制品的种类和数量愈多[2]。因此，合理地开发和利用磷矿资源是每个国家都需要面对的问题，同时这也是可持续发展的要求，据预测，10年之后中国的富矿将竭尽，形势不容乐观[2]。
1.1.2 含磷废水的来源
工业、农业、日常生活中均会产生含磷废水，随着环境保护法规的逐渐严格，总磷的排放已经成为了不少流域的控制指标。根据2013年中国环境状况公报，松花江流域轻度污染，与上年相比，水质无明显变化，主要污染指标为高锰酸盐指数、化学需氧量和总磷[3]，与松花江流域类似的以总磷为主要污染指标之一的流域还有海河流域、太湖、巢湖、滇池、27个重要水库中的尼尔基水库等[3]。由此可见，总磷的严格控制成为了我们必须解决的问题，这也是我们保护赖以生存环境的必需措施。
生活污水和工业废水是含磷废水的主要来源，生活污水中磷的浓度为4~15mg/L，而洗涤剂、化肥、农药的生产过程中所产生的废水中磷的含量超过了10mg/L[4]。一般情况下，含磷浓度超过0.02mg/L的废水排放就会导致水体富营养化[4]，所以含磷废水在排放之前必须进行处理。
1.1.3 水体富营养化及防治
水体富营养化即水体中有机物的产生速度远远大于消耗速度，从而导致水体生态 失衡现象的产生。水体富营养化发生时，不同的优势浮游藻类形成不同颜色的水华，有乳白色、蓝色、棕色、红色等，海洋中发生的水体富营养化我们一般称之为赤潮或者红潮。
磷酸盐是限制地表淡水植物生长的主要因素。而生活污水和工业废水以及农业中施用磷肥产生的废水中含有大量的磷，磷的大量排入，使得水体中的藻类大量繁殖，较短的生长周期使得藻类会迅速增殖，藻类死亡之后，好氧微生物分解藻类大量消耗水体中的溶解氧，而厌氧微生物分解藻类会产生硫化氢气体，从而使得水质进一步恶化。
水体富营养化使得水体中溶解氧含量降低，水体的浊度增加，鱼、虾等水生动物大量死亡，厌氧微生物大量繁殖，微生物在厌氧条件下分解产生硫化氢等气体，藻类死亡之后仍会释放大量的氮、磷等元素，从而使得水体的富营养化程度和污染程度加剧。
水体富营养化防治的严峻性取决于两个方面，一是污染源的复杂性，二是没有高效去除氮、磷的方法措施。防治水体富营养化的措施主要就是依据以上两个方面开展，一是严格控制外源性营养物质的排
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