摘要：采用控制變量法，逐一研究初始pH值、污泥投加量、初始磷濃度等條件下的聚合氯化鋁鐵污泥的磷吸附過(guò)程。結(jié)果表明，在pH值為4.5-9.0時(shí)，污泥對(duì)磷的吸附過(guò)程穩(wěn)定，磷的去除率和單位質(zhì)量污泥對(duì)磷的吸附量隨pH值的下降而升高。磷的去除率隨污泥投加量的增加而增加，隨污水的初始磷濃度增加而減小。單位質(zhì)量污泥磷吸附量隨污泥投加量的增加而減小，隨污水的初始磷濃度增加而增加。準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程可以很好地描述污泥磷吸附過(guò)程。通過(guò)Langmuir和Freundlich吸附等溫線方程發(fā)現(xiàn)，聚合氯化鋁鐵污泥具有較強(qiáng)的磷吸附能力，磷吸附量為6.049mg/g。

脫水鋁污泥是自來(lái)水廠在凈水過(guò)程中將鋁鹽作為絮凝劑吸附水中污染物的副產(chǎn)物，含有豐富的鋁、鐵等化合物，以及腐殖質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和硅酸鹽等物質(zhì)。有研究表明，脫水鋁污泥對(duì)水體中的磷具有一定的吸附能力，其吸附量的大小受污泥投加量、溶液pH值、溫度、污泥粒徑和溶液初始磷濃度等因素的影響，吸附磷的機(jī)理主要是配體離子交換反應(yīng)。

雖然許多學(xué)者對(duì)凈水廠脫水鋁污泥吸附污水中的磷做了一些研究，但其中采用單一的鐵污泥或鋁污泥的較多，對(duì)于聚合氯化鋁鐵（PAFC）污泥的研究較少。因此，有必要研究各因素對(duì)聚合氯化鋁鐵（PAFC）污泥吸附污水中磷的過(guò)程的影響，其結(jié)果如下。

一、初始pH值對(duì)磷吸附量的影響

溶液初始pH值對(duì)磷吸附量的影響如圖1所示。

由圖1可以看出，pH值為9.0、5.0和4.5時(shí)，磷的吸附過(guò)程穩(wěn)定，在180min時(shí)反應(yīng)基本達(dá)到平衡，此時(shí)磷的去除率分別為38%、55%和53%，污泥的磷吸附量分別為4.75、6.88和6.62mg/g。

隨著pH值的升高，溶液中OH^-濃度增加，一方面使得污泥表面的電性變負(fù)，阻礙了磷酸根離子擴(kuò)散到污泥表面，另一方面，OH^-會(huì)對(duì)磷酸根離子產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)作用，這些都不利于污泥對(duì)磷的吸附。因此，較低的pH值條件有利于聚合氯化鋁鐵污泥的磷吸附過(guò)程。

二、污泥投加量對(duì)磷吸附量的影響

污泥投加量對(duì)磷吸附量的影響如圖2所示。

由圖2可以看出，在180min時(shí)反應(yīng)基本保持穩(wěn)定，此時(shí)污泥投加量分別為0.4、0.8、1.2、1.6、2.0g，磷的去除率分別為45.2%、78.0%、92.3%、95.8%和97.7%，污泥的磷吸附量分別為5.65、4.88、3.85、2.99和2.44mg/g。增加了污泥的投加量，就增加了吸附劑的量和吸附位點(diǎn)，所以磷的去除率更高，同時(shí)也使得溶液中磷的濃度降低得更快，減小了污水和污泥表面的濃度差，致使后階段的吸附過(guò)程難以進(jìn)行，單位質(zhì)量污泥的磷吸附量降低。

三、污水中初始磷濃度對(duì)磷吸附量的影響

污水的初始磷濃度對(duì)磷吸附量的影響如圖3所示。

由圖3可以看出，初始磷的質(zhì)量濃度分別為5、10、20mg/L時(shí)，反應(yīng)在180min時(shí)基本保持穩(wěn)定，磷的去除率分別為98.9%、94.6%和58.6%，污泥的磷吸附量分別為1.55、2.96和3.66mg/g。初始磷的濃度越高，可提供給污泥吸附的磷的量就越大，溶液和污泥表面的磷濃度差就越大，吸附作用更容易發(fā)生，因此初始磷濃度更高時(shí)，磷的吸附量更高，但是一定污泥表面的吸附位點(diǎn)數(shù)量是一定的，因此高初始磷濃度下的磷的去除率更低。

另外，由圖1-圖3可以發(fā)現(xiàn)，在各反應(yīng)的前15min內(nèi)，吸附反應(yīng)進(jìn)行得較快，之后較為緩慢，由此可將吸附過(guò)程劃分為快速吸附階段和慢速吸附階段。Babatunde等在利用給水污泥吸附除磷時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，其吸附速率逐漸變小。

四、吸附動(dòng)力學(xué)

采用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)不同聚合氯化鋁鐵污泥投加量下的磷吸附試驗(yàn)進(jìn)行擬合，結(jié)果如表1所示。

表1 不同污泥投加量下磷吸附的準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

由表1可以看出，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程可以對(duì)磷的吸附過(guò)程進(jìn)行很好地描述，相關(guān)系數(shù)均大于0.99。吸附反應(yīng)的整個(gè)過(guò)程包括：

①磷酸根離子由溶液經(jīng)液膜擴(kuò)散到污泥表面；

②磷酸根離子在污泥顆粒內(nèi)的擴(kuò)散；

③磷酸根離子與污泥內(nèi)、外表面上的吸附位點(diǎn)所吸附的活性基團(tuán)（包括OH^-、Cl^-、SO₄^2-等）進(jìn)行配位交換反應(yīng)。

五、吸附等溫線

采用Langmuir方程和Freundlich方程對(duì)不同污泥投加量下的磷平衡質(zhì)量濃度與單位質(zhì)量污泥磷吸附量的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，結(jié)果如表2所示。

表2 不同污泥投加量下磷吸附的Langmuir和Freundlich吸附等溫線參數(shù)

由表2可知，Langmuir方程和Freundlich方程都能較好地描述聚合氯化鋁鐵污泥對(duì)磷的吸附特征，其中Langmuir方程描述得更為準(zhǔn)確，相關(guān)系數(shù)大于0.99。

根據(jù)Langmuir方程可知，聚合氯化鋁鐵污泥較大理論吸附量為6.049mg/g，表明了聚合氯化鋁鐵污泥具有較高的磷吸附量。在Freundlich方程中，1/n小于0.5，表明了聚合氯化鋁鐵污泥較容易吸附磷，K_f值較大，表明聚合氯化鋁鐵污泥對(duì)磷的吸附能力較強(qiáng)。

六、結(jié)論

（1）pH值較低的條件有利于聚合氯化鋁鐵污泥對(duì)磷的吸附。磷的去除率隨污泥投加量的增加而增加，隨污水中初始磷濃度的增加而減小。單位質(zhì)量污泥的磷吸附量隨污泥投加量的增加而減小，隨污水中初始磷濃度的增加而增加。

（2）聚合氯化鋁鐵污泥對(duì)污水中磷有較強(qiáng)的吸附作用，對(duì)于磷的質(zhì)量濃度為10mg/L的污水，在pH值為4.5，污泥投加量為1.6g的條件下反應(yīng)180min，磷的去除率可達(dá)95%以上，污泥對(duì)磷的吸附量約為3.0mg/g。

（3）準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能夠很好地描述聚合氯化鋁鐵污泥的磷吸附過(guò)程；通過(guò)吸附等溫線擬合參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，聚合氯化鋁鐵污泥具有較強(qiáng)的磷吸附能力，其較大理論磷吸附量為6.049mg/g。