氧化镁改性凹凸棒土去除沼液中氮磷的研究

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水体中氮磷污染是引起水体富营养化的主要因素,沼液废水中氮磷的去除对于环境保护至关重要,利用吸附法可以实现氮磷的有效去除与资源回收利用的目的。本研究利用氧化镁改性凹凸棒土作为吸附剂,用于模拟沼液中氮磷的去除,通过投加量、p H、初始氮磷浓度、共存离子、氮磷比、钙离子浓度等因素分析氧化镁改性凹凸棒土对氨氮、磷吸附性能的影响。利用动力学、等温模型、热力学等方式分析判断吸附氮磷的特性,通过磷形态提取实验以及FTIR、XRD等手段揭示氧化镁改性凹凸棒土去除氮磷的机理。具体结论如下:(1)氧化镁改性凹凸棒土可以有效去除氮磷污染物。p H变化影响氮磷的去除效果,碱性环境下氮磷去除效果较好。初始氮磷浓度的增长会增加吸附剂对氮磷的吸附量。Ca2+对磷的去除有促进作用,Ca2+、Mg2+、CO32-、SO42-等离子都会抑制氨氮的去除。准二级动力学可以很好地描述氮磷吸附过程,表明氧化镁改性凹凸棒土吸附氮磷为化学吸附。吸附等温模型中,对氮磷的吸附更符合Langmuir等温模型,表明吸附过程为单分子吸附且都为有利吸附。热力学参数显示,吸附都是自发进行。磷形态提取、XRD表征分析表明,磷通过静电吸引、配位作用以及化学沉淀等方式被去除,氨氮主要以离子交换以及化学沉淀方式被去除。(2)氮磷比显著影响氮磷去除,磷浓度越高,氮磷吸附量越大。氮磷比2.5:1时氮磷吸附量最大,磷吸附量可达70.58mg/g,氨氮吸附量可达37.83 mg/g。四组氮磷比反应过程均符合准二级动力学模型,证明反应过程受化学作用主导。利用1mol/L Na OH对吸附剂进行5次再生后仍具有较强的吸附能力,表明吸附剂具有可重复利用性。磷形态提取实验证明,氮磷吸附过程中不同吸附机理(静电吸引、离子交换、配位作用、化学沉淀)所占比例在氮磷比的影响下有所变化,表明氮磷去除受多种机理影响。(3)钙离子在促进磷去除效果的同时抑制氨氮的去除效果。随着钙离子浓度增加,钙磷化合物含量增加使磷吸附量上升,同时由于磷酸铵镁反应减弱使氨氮吸附量下降,此时磷通过化学沉淀作用被去除,氨氮通过离子交换作用被去除。氧化镁改性可以增强凹凸棒土对氮磷的吸附性能,实现氮磷的有效去除。磷酸铵镁化学沉淀在氮磷去除中起到关键作用,并可实现氮磷资源的回收利用。研究揭示氮磷去除特性与机理,具有一定理论价值。
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