具氮、磷吸附特性的多孔混凝土材料优选.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 1 0期 (总 第 2 7 6 期 ) Nu mb e r 1 0 i n 2 0 1 2 ( T o t a 1 No 2 7 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅 助物料 M AT ERI AL A D ADM I CI E d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 1 0 0 2 6 具氮、 磷吸附特性的多孔混凝土材料优选 张政科 1 I 。虢清伟 ,颜 智勇 ,龙 ( 1 湖南农业大学 环境工程系,湖南 长沙 4 1 0 1 2 8 ; 2 焰 。 ,曾东 ,岳衡 ,刘
2、超 环境保护部华南环境科学研究所,广东 广州 5 1 0 6 5 5 3 暨南大学 环境工程系,广东 广州 5 1 0 6 3 2 , 4 南华大学 市政工程系,衡阳 4 1 2 0 0 1 ) 摘要 : 研究 了粒径在 2 5 - 3 0mm 的天然沸石 、 浮石 、 钢渣 、 砾石在低浓度下对溶液 中氮 、 磷 的吸附特性 , 优选 出具氮 、 磷高效吸附 的多孔 混凝 土材料 ; 通过静态试验和动态试验研究 , 对数 据进行模型拟合及 回归分析 , 得 到了各材料对氮 、 磷 的饱 和吸附量 。 结果表明 : 4种材料 对溶液中氨氮的吸附能力大小排列为沸石 浮石 钢渣 砾石, 对总磷的吸
3、附能力大小依次为浮石 钢渣沸石 砾石。 沸石对氨氮和 浮石对总磷的吸附结果均能很好的拟合L a g e r g r e n 准二级反应动力学模型。静态试验中当氨氮浓度为 2 m g L时, 沸石对氨氮的吸附容量 相应为 l 1 6 2 8 mg k g ; 浮石在总磷浓度为 0 2 mg L时, 浮石对总磷的饱和吸附量为 1 0 0 6 mg k g 。 动态试验中各材料吸附效果明显优于静态吸 附效果, 在氨氮浓度为 5 mg L 时, 沸石对氨氮的吸附量达到了8 2 3 m g k g , 在总磷浓度为0 5 mg L时浮石对总磷的吸附量为 4 9 mg k g 。 沸石 和浮石可作为具氮、
4、 磷吸附特性的多孔混凝土优选材料。 关键词 : 脱氮除磷 ;多孔混凝土 ;吸附材料 中图分类号 : T U 5 2 8 2 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2) 1 0 0 0 8 9 0 3 Opt i mi z a t i on of por ou s con c r e t e ma t e r i a l s w it h mi t r o gen a nd pho sp ha t e ad s or pt i on c har ac t e r i s t ic Z H ANGZ h e n g - k e , GUOQin g -
5、w e i , Y A NZ h i - y o n g , L ONGY a h 3 , Z E NGDo n g , Y U EHe n g 4 , 工 J UC h a o ( 1 De p a r t me n t o f E n v i r o n me n t a l E n g i n e e ri n g , Hu n a nAg r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y , C h a n g s h a4 1 0 1 2 8 , C h i n a ; 2 S o u t h Ch i na I ns t i t u t e o f E
6、n v i r o n me n t a l S c i e n c e s MEP, Gu a n g z h o u 5 1 0 65 5, Chi n a ; 3 De p a r t m e n t o fEn v i r o nm e n t a l En g i n e e rin g, J i n a nUn i v e r s i t y, Gu a n g z h o u 51 0 6 3 2, Ch i n a; 4 Mu n i c i p a l E n g i n e e r i n g , U n i v e r s i ty o f S o u t h C h i
7、 n a , He n g y a n g 4 1 2 0 0 1 , C h i n a ) Ab s t r a ct: Ad s o r p t i o n p r o p e r t i e s o f t h e n a t u r a l z e o l i t e , p u mi c e , s l a g , gra v e l ( b e t we e n 2 5 - 3 0 mm i n s i z e )o n n i tr o g e n , p h o s p h o r u s i n t h e l o w c o n c e n t r a t i o n h
8、 a v e b e e n r e s e a r c h e d T h r o u g h t h e s t a t i c a n d d y n a mi c e x p e ri me n t s , d a t a mo d e l f i t t i n g a n d r e gre s s i o n a n a l y s i s , t h e s a t u r a t i o n a d s o r p t i o n s o f f o u r ma t e r i a l s o n n i o g e n a n d p h o s p h o r u s
9、h a s b e e n s t u d i e d T h e r e s u l t s i n d i c a t e d tha t t h e a d s o rpt i o n c a p a c i ty o n a mmo n i a n i t r o g e n o f s o l u t i o n s wa s n a t u r a l z e o l i t e p u mi c e s l a g gra v e l , t h e a d s o rpt i o n c a pa c i ty o n t o t a l p h o s p h o rus o
10、 fs o l u t i o n s wa s p u mi c e n a t u r a l z e o l i t e s l a g gra v e 1 Th e r e s u l t s o fa d s o r p t i o n o fa mmo n i a n i t r o g e n b y na t u r a l z e o l i t e and t h e a d s o r p t i o n of t o t a l ph o s p ho r u s b y p u mi c e c o ul d b e we l l f i t t e d La g e
11、 r g r e n p s e u d o s e c o n d k i n e t i c mo d e 1 I n t h e c a s e o f 2 mg L o f a mmo n i a n i tr o g e n a t s t a t i c e x p e ri me n t s , t h e a d s o rpt i o n c a p a c i ty o f z e o l i t e f o r a mmo n i a n i tr o g e nwa s I 1 6 2 8mg k g ; wh e nt h e c o n c e n t r a t
12、i o n o f t o t a l p h o s p h o rus a t 0 2me t E, t h e r e s u l t o f a d s o r p t i o n c a p a c i ty w a s 1 0 0 6me g k g B e s i d e s , t h e r e s u l t s o f t h e d y n a mi c e x p e r i m e n t s we r e s u p e r i o r t o s t a t i c W h e n t h e c o n c e n t r a t i o n o f a mm
13、o n i a n i tro g e n a t 5 m g L, the r e s u l t o fa d s o rp t i o n c a pa c i t y o f z e o l i t e wa s 8 2 3 mg k g Wh e n t o t a l p h o s p h o rus a t 0 5 mg L, t h e r e s u l t o f a d s o rpt i o n c a p a c i ty o f p u mi c e wa s 4 9 mg k g T h e z e o l i t e a n d p um i c e c o
14、u l d b e c h o s e n for a d s o rpt i o n o f nit r o g e n an d p h o s p h o ru s a s p o r o us c o n c r e t e m a t e ria l s Ke y w or ds: n i t r o g e n a n dp h o s p h o rus r e mo v a l ; po r o u s c o n c r e t e ; a d s o rpt i o n ma t e ria l 0 引言 多孔混凝土是一种特殊混凝土 , 它 由粗骨料和少量 的水 泥 浆体浇
15、筑构成 1 。 它构成植生混凝土的骨架, 而后者是一种应用 前景广阔的生态型护砌材料 , 它既具有普通混凝土的结构性, 耐水力冲刷 , 同时又能为植物的根部提供足够生长空间, 美化 环境。 一般要求多孔混凝土的孔空隙率达到 2 5 4 0 2 - 5 3 , 且平 均孔径大, 孔隙连通。 针对 目前水体富营养化严重的情况, 此次研究拟筛选出具 高效脱氮、 除磷功能的多孔混凝土材料 , 使这种生态护砌材料 具有高效脱氮除磷的特性。 目前用于吸附氮、 磷的材料主要有沸 石、 浮石 、 页岩 、 钢渣、 煤渣、 砾石 、 陶粒等问 , 主要是利用这些材 料的多孔结构及离子交换功能。 它们对氮、 磷的
16、吸附动力学原理、 等温吸附特性及作用机理国内外学者做了大量研究。 2 0 0 3年温 东辉 , 唐孝炎研究了天然斜发沸石对溶液中 N H针的物化作用 机理 ; 2 0 0 5年谭洪新、 周琪对钢渣、 页岩、 砾石等湿地填料的除 磷效果进行了研究嘲 ; 2 0 1 0 年杨继臻 , 陈水平等研究了钢渣对选 矿废水中总磷的去除及机理 ; 2 0 1 1 年朱文涛、 司马小峰等探讨 了钢渣 、 活性 炭 、 沸石 、 粗砂对水 中磷 的吸附特性。 这些研究大 部分都侧重于材料的吸附特性及吸附机理, 材料往往是经过粉 碎、 碾磨成小颗粒后在高浓度溶液中的进行的吸附特性研究。 而运用于多孔混凝土的材料粒
17、径要求在 2 5 3 0 m m “ 】 , 对于这 收稿 日期 :2 0 1 2 - 0 4 - 0 9 基金项 目:国家 自然科学基金青年基金 ( E 0 8 0 4 0 6 ) ; 广东省 自然科学基金 ( 9 4 5 l O 6 5 5 0 1 o 0 2 5 2 1 ) ; 国家公益性科研院所资助项 目( Z X 2 0 0 7 1 2 2 9 ) 89 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 类大粒径材料的氮、 磷吸附特性的研究却鲜见报道, 本研究拟 通过静态吸附试验和动态吸附试验探索大粒径材料在低浓度 条件下对氮、 磷的吸附特性, 为开发具脱氮除磷特性的多
18、孔混 凝 土提供理论基础。 1 材料 与方法 1 1 材料 粒径为 2 5 3 0 r n n的天然斜发沸石( 浙江神石矿业) 、 浮石、 钢渣( 武汉滤源) 、 砾石 ( 本地砾石厂 ) 。 试剂: 磷酸氢钾、 氯化铵、 无氨水。 器材及仪器 : 方孔筛、 标准称、 恒温震荡机、 有机玻璃管、 蠕 动泵、 锥形瓶( 1 0 0 0 mL) 等。 1 2试验 方 法 1 2 1 静态试验 定量的吸附剂和定量的溶液经过长时间的充分接触而达 到平衡。 采用摇床试验法 , 考察粒径、 氮、 磷浓度对各材料吸附 效能的影响。 具体步骤为用方孔筛筛选出粒径为 2 5 3 0 m n l 规 格的各吸附材
19、料; 准确称取 2 0 g各吸附材料于锥形瓶中, 分别 加入 1 0 0 0 mL以下各溶液: 溶液 1 : 氨氮浓度为2 O 0 mg L , 总磷浓度为0 2 0 mg L 。 溶液 2 : 氨氮浓度为 5 O 0 mg L, 总磷浓度为0 5 0 mg L 。 空白: 无氨水。 于 2 5恒温 、 1 3 0 r mi n下震荡 。 在 1 3 5 7 、 9 、 1 6 、 2 4 、 4 8 、 7 2 、 9 6 h取样 , 测定其中氨氮、 总磷浓度。 1 2 2 动态试验 采用吸附穿透试验, 把一定质量的吸附剂填充于吸附柱中, 令浓度一定的溶液在恒温下以恒速流过, 从而测得透过吸
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