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排放到河流和湖泊中的氮和磷大多來源于生活污水、工廠和畜牧業(yè)廢水、山林耕地肥料流失以及降雨降雪等，水中氮和磷的含量與水體的富營養(yǎng)化有直接關(guān)系，當(dāng)水體中的無機(jī)氮大于0.3mg.L-1，總磷濃度大于0.02mg.L-1，該水體即處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，不僅會(huì)導(dǎo)致水中藻類瘋長，而且會(huì)使水體含氧量急劇下降，影響魚類等水生生物的生存，從而破壞水體的生態(tài)平衡。

粉煤灰又稱飛灰，是燃煤電廠粉煤燃燒排放的廢棄物。粉煤灰粒徑在1～500μm之間，由多種具有不同結(jié)構(gòu)和形態(tài)的微粒組成，其主要成分是SiO2、A12O3、CaO、Fe2O3等物質(zhì)。粉煤灰是一種固體廢物，排到環(huán)境中會(huì)污染大氣、污染地表水和地下水。但粉煤灰具有多孔結(jié)構(gòu)，比表面積大強(qiáng)的吸附性等特點(diǎn)，目前在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用研究己成為環(huán)境科學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)。利用粉煤灰處理水中的磷成本低，耗能少，在含磷廢水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。但原狀粉煤灰的凈化效率較低，污水中磷的去除率在40%～60%。粉煤灰改性處理后可以使吸附性能提高，減少處理流程中污泥的含量，并且改性過程簡(jiǎn)單方便。本文采取高溫活化后再進(jìn)行酸處理的方式對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，可溶蝕鋁硅酸鹽玻璃微珠，提升微珠的比表面積和吸附能力，同時(shí)釋放出具有化學(xué)除磷功能的鋁鹽、鐵鹽和具有助凝功能的活化硅酸等物質(zhì)，獲得成本較低，附加值較高的深度污水除磷劑，下面我們將探討這種深度污水除磷劑的制備方法，及其對(duì)二級(jí)出水中可溶性正磷酸鹽的去除效果。

1、粉煤灰的改性

1.1原粉煤灰成分如表1所示：

1.2改性工藝

將粉煤灰與堿性活化劑在高速混合機(jī)中混合均勻后投入焙燒爐中煅燒活化，再將焙燒后冷卻的物料投入耐酸反應(yīng)罐中，添加酸改性劑后反應(yīng)，將反應(yīng)后的物料烘干磨細(xì)即制成粉末狀的深度污水除磷劑。由此可見深度污水除磷劑的制備過程包括活化劑投加、煅燒活化、酸處理等3個(gè)步驟。為優(yōu)化改性工藝，達(dá)到較好的除磷性能，進(jìn)行正交試驗(yàn)，考慮到成本問題，選用價(jià)格低廉的NaCl和15%H2SO4為活化劑和改性劑，考察鹽灰比(NaCl與粉煤灰的質(zhì)量比)、煅燒溫度、酸灰比(酸溶液體積與粉煤灰質(zhì)量之比)3因素對(duì)除磷效果的影響，每個(gè)因素取4水平。

1.3改性試驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果顯示：隨著鹽灰比的上升，K值先上升后下降，在鹽灰比為1:20時(shí)，K值較大;隨著煅燒溫度的上升，K值上升，在煅燒溫度為900℃時(shí)K值較大;隨著酸灰比的上升，K值先上升后下降，在酸灰比為3:1時(shí)，K值較大。由此確定優(yōu)化改性工藝參數(shù)為鹽灰比1:20，煅燒溫度900℃、酸灰比3:1。此后試驗(yàn)所用AFA都采用此工藝制備。

2、深度污水除磷劑對(duì)二級(jí)出水中磷的去除

試驗(yàn)用水取自上海閔行區(qū)污水處理廠二沉池出水，可溶性正磷酸鹽的質(zhì)量濃度為0.5～2.5mg/L。準(zhǔn)確稱取一定量的深度污水除磷劑置于1L燒杯中。加入二級(jí)出水1L，快速攪拌后取樣，采用鉬銻抗分光光度法測(cè)定可溶性正磷酸鹽濃度。

3、機(jī)理分析

普遍認(rèn)為.粉煤灰主要通過物化吸附作用除磷，但單位除磷量較低，小于1mg/g，閻存仙等的試驗(yàn)表明，在模擬廢水含磷的質(zhì)量濃度為50～120mg/L，投加粉煤灰量400-500g/L時(shí)，單位除磷量?jī)H為0.1～0.3mg/g;張警聲等的試驗(yàn)結(jié)果也在0.017-0.02mg/g之間變動(dòng);另一方面，粉煤灰富含鋁、鐵、硅等元素。具有潛在的除磷性能.因而相會(huì)強(qiáng)等利用酸處理粉煤灰.在原水PO43-的質(zhì)量濃度為8.38mg/L，投加改性粉煤灰量為5g/L時(shí)，去除率達(dá)到95.7%～98.2%，此時(shí)粉煤灰的吸附量提高為1.6mg/g，并認(rèn)為改性粉煤灰的除磷機(jī)理是酸改性后溶出的鋁、鐵的混凝沉淀的作用、硅酸凝膠等高聚物的助凝作用以及粉煤灰顆粒的吸附、沉淀作用、改性后比表面積增加等效果的綜合效應(yīng)。本文采取了高溫活化后再進(jìn)行酸處理的方式對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，可將單位除磷量大幅度提升到19mg/g，由圖4知，活化前粉煤灰的晶相成分主要有石英、莫來石、赤鐵礦，同時(shí)在22～35℃的區(qū)域出現(xiàn)寬大衍射特征峰，表明玻璃體的存在。這是因?yàn)榉勖夯抑饕筛鞣N大小不一的顆粒構(gòu)成.這些顆粒主要是玻璃微珠，含量達(dá)70%以上，它的成分主要是無定形的SiO2和Al2O3，因而它的化學(xué)活性較高;另外石英、莫來石、赤鐵礦的含量也占了整個(gè)粉煤灰的30%一40%，它們以晶體的形式存在，因而化學(xué)活性較低。為充分利用粉煤灰中的鋁化合物、鐵化合物和硅酸鹽，必須促使玻璃微珠溶解和破壞石英、莫來石、赤鐵礦的晶相結(jié)構(gòu).使其釋放出無定形的除磷物質(zhì)。對(duì)比煅燒活化后的XRD圖譜可以發(fā)現(xiàn)，石英、莫來石的特征峰峰值下降，這說明在高溫和活化劑的作用下，使得Si02和Al2O3之間的結(jié)合鍵能大為減弱，從而破壞了它們的晶相結(jié)構(gòu)。為除磷物質(zhì)的釋出創(chuàng)造了條件。因此，初步認(rèn)為經(jīng)該工藝處理后，鋁硅酸鹽玻璃微珠被溶蝕，充分釋放出具有化學(xué)除磷功能的鋁鹽、鐵鹽和具有助凝功能的活化硅酸等物質(zhì)是除磷性能提升的主要原因。另一方面，除磷試驗(yàn)結(jié)果表明，深度污水除磷劑較佳除磷pH值為6.5，但已有的研究認(rèn)為，硫酸鋁除磷的較佳pH值范圍在5-6；硫酸鐵除磷的較佳pH值為5，與之都略有差距，因此雖然可以確定深度污水除磷劑的除磷效應(yīng)與改性后溶出的鐵鋁有關(guān)，但鐵鋁的具體反應(yīng)形態(tài)有待進(jìn)一步探索。

4結(jié)論

①以NaCl為活化劑，15%H2S04為改性劑制備深度污水除磷劑，優(yōu)化后的改性工藝參數(shù)為鹽灰比1:20、煅燒溫度900℃、酸灰比3:1。

②將深度污水除磷劑用于去除二級(jí)出水中的磷，15s后除磷過程基本完成，當(dāng)投加量為80mg/L以上時(shí)，處理出水磷的質(zhì)量濃度低于1mg/L，其除磷pH值范圍與實(shí)際污水相符，較佳除磷pH值為6.5。

③與粉煤灰相比，深度污水除磷劑的除磷性能顯著提升，約為粉煤灰投加量l/20時(shí)即可達(dá)到與之相當(dāng)?shù)某仔Ч?/p>

④分析衍射圖譜表明，煅燒活化處理可破壞粉煤灰玻璃微珠的晶相結(jié)構(gòu)，為鋁、鐵等除磷物質(zhì)的釋放創(chuàng)造條件。