石膏粉对水的钝化能力分析范文

《环境科技杂志》2014年第三期

1实验方法

1.1吸附动力学实验分别称取上述2种石膏粉0.5g放入3个250mL具塞三角烧瓶中，向其中加入240mL质量浓度为1mg/L的含磷太湖水样，置于25℃水浴振荡器上振荡，保证矿石粉处于悬浮状态。每隔2h用注射器抽取悬浊液，用塑料过滤器、0.45μm孔径的滤膜过滤10mL过滤液，测定过滤液中溶解性正磷浓度，直至磷浓度基本不变。

1.2吸附等温实验称取建筑石膏或医用石膏粉0.5g共7份，加入7个250mL三角烧瓶中，向每个三角烧瓶中加入240mL用太湖水配置的含磷实验水样，磷质量浓度约分别为0.0998，0.2001，0.4000，0.7995，1.3973，2.000，2.9965mg/L，用浓度为0.1mol/L的HCl或NaOH调节每个三角烧瓶中水样为相同的pH值（6，7，8，9，10），将三角烧瓶放在25℃水浴振荡器上振荡T小时（T为吸附动力学实验得出的吸附平衡时间）。用注射器从三角烧瓶中抽取上清液，用塑料过滤器、0.45μm滤膜过滤，测定过滤液中磷浓度。

1.3环境因素对石膏粉除磷能力的影响（1）pH值对石膏粉除磷能力的影响测定pH值为6，7，8，9，10这5种条件下2种石膏粉除磷吸附等温线，方法同1.2.2。综合分析pH值如何影响硫酸铝渣除磷的效率。（2）碱度对石膏粉除磷能力的影响用NaHCO3和太湖过滤水配置浓度分别为2.23，4.35，6.43，8.58，10.16mmol/L的水样。分取5种水样各240mL加入5个三角烧瓶中，并向其中加入磷储备液，配得磷质量浓度为2.00mg/L的实验水样，再次测得各三角烧瓶中pH值为8.15，8.36，8.45，8.49，8.54。向5个三角烧瓶中各加入0.5g石膏粉，25℃振荡若干小时，测定过滤液中磷浓度。

1.4分析测试方法石膏粉粒度分布采用百特仪器公司生产的BT-9300H型激光粒度分布仪测定；BET比表面积和孔隙率采用美国Quancachrome公司生产的02108-KR-1型比表面积仪测定；晶体成份采用德国AXS公司生产的D8ADVANCE型X-射线仪测定；磷采用钼锑抗分光光度法测定；Ca2+采用EDTA滴定法测定；碱度采用酸碱滴定法测定。

2结果与讨论

2.1石膏粉固定磷动力学曲线以石膏粉与含磷水样的接触时间为横坐标，溶液中剩余磷浓度为纵坐标，绘制石膏粉除磷动力学曲线，见图1。从图中可以看出，石膏粉的除磷过程较为平缓，溶液中的磷浓度没有急速下降的趋势，而是缓步降低，32h基本达到去除平衡，以32h作为后续实验的除磷平衡时间。

2.2石膏粉除磷吸附等温线以震荡后实验瓶中平衡溶液磷浓度为横坐标，单位质量的石膏粉除磷量为纵坐标，绘制不同pH值条件下建筑石膏与医用石膏除磷等温线，分别见图2、图3。在太湖水条件下，建筑石膏和医用石膏在pH值为6，7条件下的除磷等温线均符合Langmuir吸附等温式：G=bG0•C/（1+bC)。式中：G为石膏粉除磷质量比，mg/g；C为平衡溶液中磷质量浓度，mg/L；G0为石膏粉极限除磷质量比，mg/g；b为拟合常数，反应石膏粉的除磷能力。在pH值为8，9，10条件下的除磷等温线符合Freundlich吸附等温式：G＝KfC1/n，Kf和n为拟合常数。经拟合，不同pH值条件下2种石膏粉除磷等温线及参数见表2、表3。当将太湖水调节到pH值为6~8时，水中磷浓度基本没有变化，而当太湖水调节到pH值为9，10时磷的浓度降低了。这是因为加入OH-后，水中的HCO3转变成CO32-，并与Ca2+结合产生CaCO3沉淀，CaCO3沉淀对磷酸根产生表面吸附或共沉淀[9-10]。将图2、图3减去图4得到石膏粉在太湖水中实际的除磷能力，见图5、图6。从上述图、表中可见，2种石膏粉对太湖中磷的去除有着显著的效果，将2种石膏粉除磷能力进行比较可见，建筑用石膏在太湖水条件下的除磷能力略优于医用石膏。一般认为，颗粒粒径越细，比表面积就越大，Ca-P在石膏表面的结晶量也越大，除磷能力越强。但在不同种类的石膏粉之间，粒径并不能准确反映Ca-P表面结晶能力的大小。所以虽然建筑石膏比表面积较小，但是在除磷效率方面反而表现出了优势。建筑石膏和医用石膏主要成分都是硫酸钙，但是具体的制作工艺不同导致它们的成分有着细微的差别。建筑石膏是将天然水石膏（CaSO4•2H2O）等原料在107～170℃的温度下煅烧成熟石膏，再经磨细而成的白色粉状物。其主要成分为β型半水石膏（CaSO4•H2O），而医用石膏为普通的熟石膏（Ca-SO4•2H2O）。由此可见，建筑用石膏在水中的溶解度明显大于医用石膏，可以提供更多的用于Ca-P共沉的Ca2+[11]，因此建筑用石膏的除磷效率高于医用石膏。

2.3影响石膏粉除磷容量的因素

2.3.1pH值由图2、图3和表2、表3可见，随着pH值的增加，2种石膏粉除磷能力均逐渐升高。以平衡磷质量浓度1.5mg/L为例，石膏粉除磷能力随pH值变化的趋势见图7。由图7可见，当pH值为6，7时，石膏粉在太湖水中除磷效果并不明显，当pH值为8，9，10时，石膏粉在太湖水中的除磷能力迅速升高。同时结合图2、图3可见，pH值升高，Ca-P溶解度减少，饱和指数SI增加，促进Ca-P沉淀的形成，所以在高pH值且高磷浓度条件下，石膏粉对太湖水中磷的去除能力十分显著。

2.3.2碱度原水不同碱度条件下粉除磷量见图8，碱浓度从2.23mmol/L以2mmol/L的浓度递增加到10.18mmol/L，2种石膏粉的除磷量始终随着碱度的升高而增加。在5种不同的碱度环境下，原水pH值逐步增加，所以石膏粉的除磷效率亦逐渐增强。虽然当碱度较高时，太湖水中本身的碳酸盐碱度会与Ca2+发生反应，即原水制备过程中产生了CaCO3沉淀，使得原水中Ca2+浓度减少，但是，CaSO4的溶解度远高于CaCO3，完全可以提供足够的Ca2+，发生Ca-P沉淀作用，从而去除太湖水中的磷。石膏粉对原水碱度的影响见图9。初始碱度值不同的原水经震荡后碱度有不同程度的降低。原水碱度较低的情况下，碱度降低不明显，基本没有变化；原水碱度较高的情况下，碱度有明显的损耗，但与原水的总碱度相比损耗较少。可见，石膏粉对原水碱度的影响很小。

3结论

（1）建筑石膏与医用石膏对太湖水中磷均有一定的去除能力，pH值对石膏粉的除磷效率影响较明显，在pH值为6，7的条件下除磷效率较低，吸附除磷等温式符合Langmuir曲线；在pH值为8~10的条件下除磷效果明显提高，吸附除磷等温式符合Freundlich曲线。（2）原水碱度的升高可以提高石膏粉的除磷效率，石膏粉对于原水碱度的影响较小。

作者：丛海兵姜雅婧黄廷林单位：扬州大学环境科学与工程学院徐州市市政设计院有限公司西安建筑科技大学西部建筑科技重点实验室