粉煤灰改性前后对污水中磷吸附的比较
四川农业大学本科生毕业论文（设计）开题报告
毕业论文（设计）题目粉煤灰改性前后对污水中磷吸附的比较
选题类型应用基础型课题来源自选项目
学院生命科学与理学院专业化学生物学
指导教师吴明君职称副教授
姓名陈贵荣年级2007级学号20075471
1 立题依据
磷是所有生命都必需的。其作用不能被任何其他养分所完全代替。磷在植物体内是细胞原生质的组分，参与光合作用。磷肥可以促使作物根系发达，使作曲穗粒增多，籽实饱满，提高产量[1]。没有充足的磷，农业和粮食生产将严重地受到限制。但是磷也与环境退化有关系，它是水体产生富营养化的限制因素。近年来的研究表明，如果磷素未达到一定含量，仅有氮、碳等元素不会引起水体富营养化[2]。进入水体的磷来源很多。污水、工业废料、去污剂、排水、土壤侵蚀、动物排泄物、各类植物残体、肥料以及大量其他含磷物质都是磷进入水体的来源[3-4]。因此，对水体中磷元素含量的检测以及如何有效控制并设法去除显得日益重要。事实证明：“治前”(禁磷)是前提，“治后”(除磷)是手段,“治前”辅以“治后”即所谓的瑞士模式是欧洲各国水环境控磷策略的大趋势[5]。
目前国内外常用的磷测定方法有分光光度法[6-8]、离子色谱法[9]、Th(IV)盐沉淀-EDTA滴定法[10]等方法。污水除磷的方法也有很多种，主要有物理化学法(包括化学沉淀法、离子交换法、混凝法、吸附法、结晶法等)、生物法、电渗析、反渗透等[11]。其中传统的生物除磷技术和化学沉淀法除磷效果运行可靠，能够实现较好的除磷效果，但容易造成二次污染，而吸附法不仅可以克服这类问题，且具有处理效果好、占地面积小、工艺简单、操作方便等优点，在含磷废水处理中备受关注[12]。在吸附法处理污水的应用研究中，寻找新的高效吸附剂是开发除磷新工艺的关键[13]。其原理是利用某些多孔或大比表面积的固体物质对水中磷酸根离子的吸附亲和力来实现除磷。但目前吸附剂普遍对磷吸附量不够高，吸附剂运行周期也较短。因此寻求一种吸附容量方面性能优异的高效吸附剂是吸附法除磷的发展趋势。在除磷吸附材料上，研究人员研究了许多高效除磷吸附剂。常用的吸附材料主要有活性碳、活性氧化铝、硅藻土、沸石以及一些工业原料或肥料如粘土矿物、煤灰渣、钢渣等，这些材料来源广泛，具有一定的实用价值。邓雁希等对钢渣的除磷性能进行了研究，发现当废水中磷浓度为10 mg/L，pH=7.50～
7.60、钢渣的用量0.59/100mL时，在1h内就可使残留液浓度降低到0.1mg/L以下[14]。华北科技学院黄玲利用炉渣和粉煤灰作吸附剂处理含磷废水，并对这两种材料的吸附除磷性能进行了初步比较，结果显示炉渣不仅对水中的磷有良好的吸附去除性能，而且经济实用，能够“以废治废”[15]。R.Chitrakar报道了锆水合氧化物ZrO(OH)2.(Na2O)0.05.1.5H2O磷吸附剂，当吸附剂用量0.05 g/L，对于海水和污水中的磷吸附能力分别达10和17mg-P/g[16]。
粉煤灰的主要来源是以煤粉为燃料的火电厂和城市集中供热锅炉。悬浮状态的煤粉在炉膛中，大部分会在炉内烧尽而其中的不燃物大量混杂在高温烟气中，这些不燃物在高温作用而部分熔融，同时由于其表面张力的作用形成大量细小的球形颗粒。在锅炉尾部引风机的抽气作用下，含有大量灰分的烟气流向炉尾。随着烟气温度的降低，一些部分熔融的细粒呈现为玻璃状态从而具有较高的潜在活性。在引风机将烟气排入大气之前这些细小的球形颗粒经过除尘器的作用被分离收集即为粉煤灰。随着电力工业的发展燃煤电厂的粉煤灰排放量将逐年增加。大量的粉煤灰不加处理时会产生扬尘污染大气。排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。因此粉煤灰的处理和利用问题引起人们广泛的注意。粉煤灰目前已用于工农业的许多方面。如生产水泥、生产粉煤灰粘土烧结砖、充填路基、作砂浆和混凝土的掺合料、生产加气混凝土等[17]。粉煤灰中含铁、铝、硅、氧化铅和玻璃珠等有用物质。可通过机械和电子方法，从中提取所需要的物质。但是由于粉煤灰数量很大加之技术和经济条件的限制目前还未能全部利用起来需要有一部分消极堆存而粉煤灰的堆存也需要充分考虑到环境保护尽可能根据电厂所处的地理位置选择附近的山沟洼地废河湾煤矿塌陷修建贮灰场为减少灰水的污染一般需在贮灰场底部进行防水防渗处理贮灰场需要妥善处理在已经堆满的灰场上复土造田植树种草或进行表面药物处理防止粉煤灰飞扬以保护环境。
粉煤灰材料易得，而且属于工业废物，如果运用得当就能实现“以废制废”为环境保护起到相当重要的作用。而用来除磷则是一个很好的选择。
2 研究的主要内容
用固体废物处理水中的磷既可以减少水中的污染物质，又可以使固体废物可到有效的利用。本实验用分光光度法测定模拟含磷污水环境中的磷含量。运用粉煤灰对模拟含磷水进行磷的吸附试验，测定各种条件下其对磷的吸附率。虽然粉煤灰具有一定的吸附能力，但在研究中发现，原状粉煤灰的对磷的吸附效果不理想，因此改性以增加其吸附性能显得较为重要。本实验通过测定不同改性剂、不同改性条件利及吸附条件对污水中磷吸附能力，初步探索一种对粉煤灰有效的改性处理。如果对吸附剂进行改性处理使其对污染物的吸附能力进一步提高，增加其实用性，并且改性过程简便易行、无毒无害，则能在实际水处理过程得到应用，最终实现以
废治废。
3研究方案
3.1实验流程
3.2 实验材料与仪器
钼酸钠；浓硫酸；硫酸肼；过硫酸铵；亚硫酸钠；磷酸二氢钾；改性剂(FeSO4·7H2O、FeCl3·6 H2O、A12(SO4)3·18 H2O、H2SO4)；量筒；烧杯；比色管(50ml)；电子天平；移液管(5ml和20ml)；三角瓶；电炉；紫外可见分光光度计；干燥箱；离心机；电热恒温水浴锅；磁力加热搅拌器
3.3 实验方法
3.3.1 模拟含磷废水的配制
将磷酸二氢钾置于干燥箱，在110℃下干燥2h后取出，在室温下冷却，再移入干燥器中备用。配浓度为1.0000g/L(以PO43-计)的溶液500ml。以它作为标准溶液，实验需要的原水由标准溶液稀释而得。
3.3.2 磷标准溶液配制
称取0.7165g于105℃干燥过的分析纯磷酸二氢钾，溶于蒸馏水中，转入1000ml容量瓶中，
稀释至刻度，摇匀，此溶液PO43-含量为0.5mg/ml。吸取50ml上述溶液于250ml容量瓶中，稀释至刻度，此溶液PO43-含量为0.1mg/ml。
3.3.3 模拟废水中磷含量测定
标准曲线的绘制：
取7支50ml比色管，用移液管分别加入磷酸盐标准溶液0.1mg/ml。0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ml，用蒸馏水稀释至10ml；再分别向各管中加入4ml钼酸钠——硫酸溶液以及1ml
硫酸肼溶液，混匀后，放入水浴中，待水浴煮沸10分钟后取出，冷却，用蒸馏水稀释至刻度，混匀。立即在660nm波长处，用1cm比色皿，以PO43-为0的试剂作空白对照，测量其吸光度，并以吸光度为纵坐标，标准溶液浓度为横坐标绘制标准曲线。
样品处理及其磷含量测定：
用移液管吸取10ml水样(对于混浊水样要事先进行过滤)于100ml三角瓶中，加入1mol/l 的硫酸溶液及50mg过硫酸铵——硫酸钠分解剂，将三角瓶放在有石棉网的电炉上均匀加热煮至溶液恰好干涸并刚冒白烟为止。稍冷，加入10ml蒸馏水，40-50mg亚硫酸钠粉末，再在电炉上微沸30-60秒，取下。将溶液小心转到50ml比色管中，并用少量蒸馏水冲洗原三角瓶几次，洗液并入比色管中，用蒸馏水稀释至15ml左右。加入4ml钼酸钠—硫酸溶液以及1ml硫酸肼溶液，放入煮沸的水浴中10分钟后取出，流水冷却，用蒸馏水稀释至刻度，立即用1cm 比色皿，在660nm波长处，以蒸馏水作空白对照进行比色，测定其吸光度，根据作好的标准曲线，得出总磷酸盐的含量。
注意事项：
1 蒸干这一步是本法的关键，因此应小心操作。
2 如水样中有机物质较多，当蒸干冒白烟时有机物碳化变黑，这时应在加亚硫酸钠微沸后进行过滤，同时过硫酸铵可适当多加一些。
3.3.4 粉煤灰改性前对磷吸附研究
测定加入不同量的粉煤灰、不同吸附时间、不同初始磷浓度对吸附情况的影响，用 3.3.3所述方法测定处理后的磷含量，计算出各种条件下的吸附率。
3.3.5 粉煤灰改性后对磷吸附研究
先实验初步选出一种比较合理的改性剂，再对改性剂的用量及与粉煤灰作用时间对污水中磷吸附效果的影响进行实验。用3.3.3所述方法测定处理后的磷含量，计算出各种条件下的吸附率。简单分析改性粉煤灰的吸附机理。
4预期研究结果
4.1 确定粉煤灰吸附磷的最佳条件
通过实验找出粉煤灰对磷的吸附磷的最佳吸附时间、吸附剂的用量与污水中初始浓度对其除磷率的影响。
4.2 探索改性粉煤灰的吸附效果
根据不同条件下改性粉煤灰的吸附结果，对比改性前后吸附性能的改变。初步判定如何改性粉煤灰使其吸附率提高，达到较好的除磷效果。初步分析改性粉煤灰吸附机理。
5论文进度安排
第一阶段：2009年12月-2009年2月，确定论文题目，查询参考文献为撰写开题报告做准备。
第二阶段：2010年3月-2010年4月，撰写开题报告和实验方案并准备开题报告答辩。
第三阶段：2010年5月，准备实验材料，做预实验，根据预实验进一步修改实验方案。
第四阶段：2010年6月-2010年7月，做各种条件实验，确定粉煤灰的最佳吸附条件。
第五阶段：2010年8月-2009年9月，对改性粉煤灰的除磷研究。
第六阶段：2010年10月，对本实验进行讨论、分析、评估、整理、撰写论文。
6 参考文献
[1] 磷肥生产安全操作技术第一版[M]. 气象出版社.2006:1-2
[2] 鲁如坤.植物营养与施肥原理[M].北京:农业出版社，2000:201-202.
[3]胡勇.三峡库区磷污染现状、来源及控制对策的初步分析[J].安徽农业科学,
2008.36(3) :1161-1164
[4] 沙茜.龙阳湖地区磷污染来源分析及控制对策研究[D]. 硕士学位论文.华中科技大学,2004
[5] 郝晓地,刘壮. 欧洲水环境控磷策略与污水除磷技术(上)[J]. 给水排水Vol.24No.8.1998:69
[6] 邓金花、吴清平等. 环境水质总磷的快速检测[J]. 农业环境科学学报.2006,25(增刊):763-765
[7] 闰敏, 张忠军. 磷铋钼蓝光度法测定废水中元素磷[J]. 环境工程.2002;20(1):57-59
[8] 张冬英.过硫酸消化—氯化亚锡还原光度法测定地面水中总磷[J].黑龙江环境通报,2002,
26(3):72-73,106.
[9] 蒋西勤,詹俊红,蒋仁依.离子色谱法测定工业循环冷却水中的总磷量[J].化学分析,2002, 11
(2):37,39.
[10] 刘步明,王瑞斌.Th(IV)盐沉淀—EDTA滴定法快速测定污水中总磷研究[J]. 非金属矿.
2008,31(5):38-40
[11] 范茜.饮用水中痕量磷吸附去除技术研究[D]. 硕士学位论文. 北京工业大学, 2008
[12] 干方群,周健民,王火焰,董元华,刘云. 粘土矿物对磷的吸附性能及其在水体净化中的应用
[J]. 农业环境科学学报.2007, 26(增刊): 447-453
[13] 邓聪,邓春玲,杨育喜,等.污水除磷技术[J].云南环境科学,2003, 22(1):52-55.
[14] 邓雁希,许虹,黄玲等.钢渣对废水中磷的去除[J].金属矿山.2003,323(5):49-51
[15] 黄玲.处理含磷废水吸附剂的实验研究[J].华北科技学院学报.2004,1(2):25-26
[16] R Chitrakar, Satoko Tezuka,Akinari Sonoda etc. Selective adsorption of phosphate from
seawater and wastewater by amorphous zirconium hydroxide[J].Journal of Colloid and Interface Science.2007,(5):36
[17] 王来健. 电厂粉煤灰综合利用研究[J]. 中国资源综合利用.2009年7月:16-17
指导教师意见
指导教师签名：
年月日
开题小组意见
负责人及成员签名：
答辩时间：年月日
注：1. 选题类型：基础型、应用型、应用基础型、调研型；
2. 课题来源：国家级项目、省部级项目、横向合作项目、校级项目、自选项目；