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用贝壳和硅藻土制备污水除磷剂的方法及除磷效果研究

    发布时间:2016年8月25日     点击数:1419   【

目前大量的水体富营养化问题频发,主要的原因是含有过量的氮、磷等植物性营养物质的废水排入地表水体造成的,其中磷对藻类的影响远大于氮。因此污水的除磷成为污水处理的重中之重,如今较为常用的污水除磷方法主要有化学除磷和生物除磷两大类。化学除磷中多用铝盐、铁盐及石灰与磷酸根发生沉淀反应,以去除水中的磷。这些方法不但成本高,而且会产生二次污染。而我们实验采用的是贝壳和硅藻土,贝壳是人们享用美食后留下的固体残壳,如果不加以处理还会对我们的环境造成污染,用于除磷实验中正好可以解决固体废物的堆积,还实现了资源的回收利用。而硅藻土具有独特的硅藻壳体结构、强吸附性、大比表面积、高孔隙度等优良性质,且资源丰富,价格低廉。这不但降低了成本,也解决了二次污染的问题。

实验分为两个大组,第一大组另分3个小组,每小组再分4组,第一大组由A-L12支试管组成,第二大组另分3个小组,每个小组再分3组,第二大组由A-I9支试管组成。经过两大组的数据对比找出去除总磷的贝壳粉溶液和硅藻土溶液的较佳浓度及较佳去除时间。实验由14年9月开始进行,到l5年4月结束,每个月的平均总磷浓度不相同,经过数据整理,找到适合这种方法去除总磷的总磷浓度。

一、贝壳和硅藻土的简介及应用

贝壳主要由碳酸钙组成,大约占贝壳的95%左右,其他为少量的有机贝壳素以及微量元素钾、钠、镁等。贝壳不但含有大量钙盐,还拥有天然多孔表面,是微生物附着的理想载体。硅藻土是一种硅质生物沉积岩,或者说是一种硅藻遗体沉积物,其矿物成分主要是蛋白石SiO·H20及其变种。

1、材料与方法

(1)贝壳的获取及前期处理

实验采用的贝壳原料是在当地海产品加工厂获得的,将贝壳用清水清洗后,在阳光下自然干燥。将干燥的贝壳处理成1era的小块,用不锈钢研磨机将准备好的贝壳研成粉末状待用。原水样取自大连开发区大开污水厂。

(2)贝壳粉溶液的配制

取浓度为36%一38%的浓盐酸溶液1.72ml,加入到70ml的蒸馏水中,缓慢加入贝壳粉,直至饱和。

(3)硅藻土溶液的配制

取2.5g硅藻土用容量瓶配成100ml的硅藻土溶液。

2、实验过程

向第一组12支试管和第二组9支试管中分别加入100ml污水。第一个大组分为A、B、c、D、E、F、G、H、I、J、K、L12个小组。第一大组中A-D试管均加0.1ml贝壳粉溶液,E-H试管均加lml贝壳粉溶液,I-L试管均加2ml贝壳粉溶液。A、E、I试管中均不加硅藻土溶液,B、F、J试管中均加入0.1ml硅藻土溶液,C、G、K试管中均加入lml硅藻土溶液,D、H、L试管中均加入2ml硅藻土溶液。吸取NaoH溶液调节pH值为11-12,然后分别测定HRT为1h、3h、5h、7h、9h的出水TP浓度,结果如图1-3所示。

图1显示没有加入硅藻土的A组,总磷浓度降低趋势明显低于加硅藻土的其他组分,表明硅藻土对磷的去除有促进作用,加入2ml硅藻土的D组总磷浓度降低较高,很明显的看出时间越长总磷浓度越低,但是3小时之后总磷浓度的下降趋势并不明显,已经趋于平稳,所以三小时为较佳时间。

图1

图2显示没有加入硅藻土的E组总磷浓度降低趋势明显低于加硅藻土的其他组分,表明硅藻土对磷的去除有促进作用,加入2ml硅藻土的H组总磷浓度降低较高,很明显的看出时间越长总磷浓度越低,但是3小时之后总磷浓度的下降趋势并不明显,已经趋于平稳,所以三小时为较佳时间。

图2

图3显示没有加入硅藻土的I组总磷浓度降低趋势明显低于加硅藻土的其他组分,表明硅藻土对磷的去除有促进作用,加入2ml硅藻土的L组总磷浓度降低较高,很明显地看出时间越长总磷浓度越低,但是3小时之后总磷浓度的下降趋势并不明显,已经趋于平稳,所以三小时为较佳时间。

图3

综合三个图来看,加人2ml贝壳粉溶液的E-H总磷降低浓度均高于A-D和I-L,每组图均表示加入2ml硅藻土溶液总磷浓度降低较高,3小时为较佳时间。由于得出结论都是浓度较高的为较佳浓度,设想更高的浓度会不会有更好的去除率,所以进行了第二组实验。

第二大组中A试管加2.5ml贝壳粉溶液和2ml硅藻土溶液,B试管加3ml贝壳粉溶液和2ml硅藻土溶液,C试管加4ml贝壳粉溶液和2ml硅藻土溶液。D试管加2ml贝壳粉溶液和2.5ml硅藻土溶液,E试管加2ml贝壳粉溶液和3ml硅藻土溶液。F试管加2ml贝壳粉溶液和4ml硅藻土溶液。G试管加2.5ml贝壳粉溶液和2.5ml硅藻土溶液,H试管加3mI贝壳粉溶液和3ml硅藻土溶液。I试管加4ml贝壳粉溶液和4ml硅藻土溶液。吸取NaOH溶液调节pH值为11-12,然后分别测定HRT为3h的出水TP浓度,并与第一大组中L组3小时的总磷降低浓度做对比,结果如图4-6所示。

图4 图5 图6

图4显示,只增加贝壳粉溶液的浓度总磷浓度降低数没有升高趋势,反而稍有下降,所以再只单独增加贝壳粉溶液的浓度对实验没有促进作用。图5显示只增加硅藻土溶液的浓度总磷浓度降低数有所升高,但升高趋势不明显降低数值基本不变,从节约成本的角度来看只增加硅藻土溶液的浓度对实验没有促进作用。图6显示,同时增加了贝壳粉和硅藻土溶液,总磷浓度降低数的升高趋势也不明显,从节约成本的角度来看,同时增加贝壳粉和硅藻土溶液对于实验也没有促进作用。

本实验从2014年8月开始准备,9月正式实验,实验经历了9月到12月,3月到4月一共6各月,每个月的平均总磷浓度各不相同,经过大量的数据整理与对比绘制了图7,探究更适合于此方法去除总磷的总磷浓度区间。

图7

经过图7的对比可以看出,总磷初始浓度较高的9月和3月、4月的总磷去除率更高一些,所以认为此方法去除总磷更适合于总磷浓度在7-9mg/ml的情况。也许更高浓度的总磷用这种方法去除率会更好,我们也会就这一问题进行实验总结。

二、结论

贝壳可以用作污水除磷,并且与硅藻土同时加入会使磷的去除率升高,也就是硅藻土的加入可以优化贝壳除磷,3小时为较佳时间,2ml贝壳粉溶液为为较佳投入量,2ml硅藻土溶液为较佳投入量,经换算得知每100ml污水中投入贝壳粉0.28g和硅藻土0.05g静置3小时为较优。此种方法更适合总磷浓度在7-9mg/ml之间的含磷废水中磷的去除。

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