【摘 要】
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磷（P）被认为是水体富营养化过程中的关键因素,从废水中去除和回收磷对减少富营养化和减轻磷资源消耗具有重要意义。本研究采用原位还原沉积法将Fe3+还原并以纳米级零价铁（n ZVI）的形式固定于IRA-402强碱性阴离子树脂上,成功制备了复合吸附剂（n ZVI-402-Cl）,以去除模拟废水和污水处理厂二次出水中的磷酸盐。并围绕n ZVI-402-Cl进行了多项结构表征、开展了除磷性能研究以及相应的设
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磷（P）被认为是水体富营养化过程中的关键因素,从废水中去除和回收磷对减少富营养化和减轻磷资源消耗具有重要意义。本研究采用原位还原沉积法将Fe3+还原并以纳米级零价铁（n ZVI）的形式固定于IRA-402强碱性阴离子树脂上,成功制备了复合吸附剂（n ZVI-402-Cl）,以去除模拟废水和污水处理厂二次出水中的磷酸盐。并围绕n ZVI-402-Cl进行了多项结构表征、开展了除磷性能研究以及相应的设备化应用。表征及试验结果如下:1.扫描电子显微镜（SEM）以及色散谱分析（EDS）的结果表明,n ZVI粒子以及其被氧化的部分在阴离子交换树脂的表面和内部均有负载,且铁含量由外至内逐渐增加。结合X射线衍射（XRD）的结果可推断n ZVI是以非晶形负载到n ZVI-402-Cl中,且形成了铁氧化物/n ZVI的核壳结构。通过分析不同p H环境下n ZVI-402-Cl上Fe元素的流失,发现其在较大p H范围（3.0-11.0）内有良好的稳定性。2.在不同pH（3.0-11.0）下,n ZVI-402-Cl具有较高的磷酸盐吸附能力,p H为7.2时,最大吸附能力为56.27 mg P/g。无论是否存在干扰性阴离子(SO42-和NO3-),优异的选择性使n ZVI-402-Cl均能保持较高的磷酸盐吸附能力。特别是阴离子交换树脂中的n ZVI的纳米限域效应可以减弱腐殖酸（HA）对磷酸盐吸附的不利影响。循环再生试验表明,在5次循环再生后n ZVI-402-Cl对磷的吸附性能仍可稳定维持在全新树脂性能的95%左右。在配水柱实验中,n ZVI-402-Cl能将超过840 BV的模拟污水净化为清洁水([PO43-]＜0.5 mg/L),而IRA-402仅能处理625 BV。当处理真实废水（WWTP二级出水）时,以0.1 mg P/L为穿透点,n ZVI-402-Cl有效处理体积相比IRA-402提高了104%。最后,FT-IR、HRTEM以及XPS的结果表明,n ZVI-402-Cl主要是通过三甲基铵功能基的离子交换作用以及树脂骨架上的金属位点来吸附磷酸盐。3.在以吸附材料为基础开发的除磷设备参数优化试验中,设置五种不同的树脂包装方式、填充方式来改变其堆积密度、水流速度等参数,拟找出最优的运行条件。当采用第（3）种投放方式（即均匀投放）并利用大号尼龙网纱袋包装树脂时,设备处理效果最佳,水流速度为6.70 L/min,水体总磷浓度在两小时内由1.98 mg/L降至0mg/L。处理过程中p H维持稳定,且在处理40 min左右时,总磷浓度就下降至0.5 mg/L。利用该种投放方式处理武汉市阳逻某污水处理厂的二级废水时,出水总磷浓度在两小时内由0.25 mg/L降至0 mg/L,基本处理完全,处理速度可达50 L/h。另外通过经济成本核算与分析,当使用年限定于3年内时,复合除磷树脂的使用成本远低于市面上常见除磷药剂。
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