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磷元素作为一种重要的元素而被广泛应用于农业与工业中,然而,磷的过量排放导致水体富营养化和赤潮的频繁发生。去除水体中的营养盐,特别是磷酸盐,是有效控制水体富营养化的关键。磷矿是地球上的有限资源,与此同时,陆地磷矿资源的日益匮乏与磷在水环境中的富集,形成了一对矛盾。为了解决这一问题,从富营养化水体中去除磷并回收磷显得尤为必要。本课题正是基于这一思路,把城市富营养化河涌水当做一种新的含磷资源,通过离子交换树脂对水中磷进行吸附和去除,解决水体污染,使水质得到净化,恢复水体的生态功能;另一方面,通过对树脂进一步解吸处理,得到磷浓缩液,再用结晶法获得鸟粪石,用作农肥使富营养化河涌水中的磷获得回收,实现磷的再生和可持续发展。 本论文主要分三个部分: 第一部分:选用对DS树脂作为吸附材料,考察树脂在静态模拟体系与动态模拟体系中,其吸附过程与溶液初始pH、温度、吸附时间、溶液流速、溶液初始浓度等因素的关系。研究结果表明:DS树脂对磷的最大吸附量发生在pH=6.0-8.0;树脂对磷吸附的合适温度为15~35℃,可在室温下进行操作;树脂在PO43-平衡浓度为15.0mgP/L时的吸附量为20.9mgPg-1;Freundlich方程能更好的对树脂吸附平衡数据进行拟合;溶液中的SO42-与PO42-存在竞争吸附。动态模拟体系实验表明,流速对树脂的吸附效果无明显影响。实验采用8%NaCl作为解吸剂,解吸率可达94.1%以上。用3%NaClO和4%NaOH溶液进行再生,经过6次吸附解吸,再生树脂的磷吸附能力几乎不变,磷的回收率在90%以上。 第二部分:采用富营养化河涌水作为处理对象,进行静态吸附、动态吸附和解吸试验,并对吸附机理进行探讨。试验结果表明:静态吸附试验中,树脂对富营养化水中的可溶性正磷酸盐有着较好的去除效果。动态吸附试验中,DS树脂对可溶性正磷酸盐和总磷的动态饱和吸附量分别为1.3,1.8mgPg-1;8%NaCl溶液能有效解吸树脂中的磷,解吸率达到93.4%。对吸附前后的树脂进行傅里叶红外光谱FT-IR分析,结果表明:红外谱图上出现典型PO43-,H2PO4-及SO42-的吸收峰,表明树脂有效吸附了溶液中的磷酸根,同时也吸附了溶液中的硫酸根。 第三部分:用鸟粪石结晶法回收解吸液中的磷。分别用模拟含磷废水和实际解吸液作为反应原水,重点考察了鸟粪石沉淀过程中的主要控制因素。实验结果表明,反应时间60min后基本达到平衡,磷回收率(PRE)不再变化;三种构晶离子为[Mg2+]:[NH4+]:[PO43-]=1.2:3:1。在pH为8.0~9.5时,可获得更好的磷回收效果,同时又能保证鸟粪石的质量;Ca2+浓度的增加对磷的回收率影响不大,但对鸟粪石的纯度影响非常大,当Ca/Mg由0.1增至1.0时,鸟粪石纯度从87.5%降至1.3%。解吸液初始磷浓度为699mg/L,[Mg2+]:[NH4+]:[PO43-]=1.2:3:1,pH为8.8时,反应所得到鸟粪石的纯度为75.8%,对其进行了扫描电镜分析和傅里叶红外光谱FT-IR的分析,扫描电镜图像显示,其形貌与模拟含磷废水回收的鸟粪石形貌基本一致;红外谱图上出现典型PO43-和NH4+的特征峰,与模拟合成的鸟粪石基本相同。