活性炭在廢水應(yīng)用中-如何去除磷
隨著工業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)的集中化生產(chǎn)導(dǎo)致廢水的排放增加，富營(yíng)養(yǎng)化已顯示出對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的嚴(yán)重威脅。磷(P)和氮(N)在較小的程度上，是植物生長(zhǎng)重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如果濃度過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。因此，必須選擇一種自然友好且在除磷方面具有良好效率的方法?；钚蕴渴怯脕?lái)去除寬范圍的水溶液中污染物優(yōu)秀吸附劑，擁有高的比表面積和吸附能力，高的內(nèi)部微孔，豐富的官能團(tuán)，并且成本還低。與其他方法相比活性炭應(yīng)用的重要性關(guān)于從廢水，水溶液，污水污泥和肥料中除去磷有很多方法。通常，磷去除方法的選擇很大程度上取決于廢水的特性，方法的選擇對(duì)產(chǎn)生的產(chǎn)物和磷去除效率有很大的影響。大部分是采用生物，化學(xué)和物理方法從廢水中去除磷。吸附技術(shù)的使用非常有吸引力且有效，因?yàn)樗矢咔也粫?huì)產(chǎn)生污泥。用于除磷的吸附劑包括：粘土礦物，沸石，氧化鋁，石灰石，生物炭和活性炭。這種方法存在各種工況下，可能會(huì)影響其使用。與化學(xué)和生物方法相比，圖1是活性炭吸附的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，吸附法作為一種物理方法因其成本低，操作簡(jiǎn)單，效率高和吸附率高而受到了廣泛關(guān)注，尤其是在低磷水平情況下?；钚蕴繎?yīng)用的優(yōu)勢(shì)。影響活性炭對(duì)磷的吸附的一些因素，活性炭的表面積：通常，隨著熱解溫度的升高，活性炭的孔結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)展，結(jié)果其比表面積也會(huì)增加?；钚蕴咳コ淄ǔＪ峭ㄟ^(guò)吸附過(guò)程完成的，生物炭表面積的發(fā)展改善了磷從溶液到吸附劑表面的轉(zhuǎn)移。
金屬氧化物的影響：有些活性炭包含多種金屬氧化物，包括鐵，鋁，鈣，鎂等。金屬氧化物的存在會(huì)增加活性炭對(duì)磷的吸附。水溶液中的磷酸鹽與這些金屬氧化物通過(guò)弱的氫鍵形成沉淀。磷酸鹽還可能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)和牢固的化學(xué)鍵與這些金屬氧化物反應(yīng)而沉淀。由不同類(lèi)型的活性炭的各種研究已經(jīng)調(diào)查磷的吸附和的結(jié)果表明，具有較高的鈣和鎂含量生物炭具有高磷吸著。由于羥基官能團(tuán)密度的增加，復(fù)合活性炭對(duì)磷的吸收增加。因此，在制備活性炭之前，先進(jìn)行具有增加的金屬陽(yáng)離子濃度的化學(xué)預(yù)處理。
活性炭中的磷吸附熱力學(xué)及其機(jī)理，活性炭具有特殊的理化特性，如高比表面積，高孔隙率等，可從廢水中回收磷。因此，重要的是研究吸附機(jī)理，動(dòng)力學(xué)模型和熱力學(xué)，以認(rèn)識(shí)活性炭中吸附過(guò)程的性質(zhì)。
動(dòng)力學(xué)模型類(lèi)型，包括偽一級(jí)，偽二級(jí)和顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型，可提供有關(guān)活性炭中磷吸附機(jī)理的見(jiàn)解。一些研究表明，假一階是好的模型言下之意磷個(gè)物理吸附。熱解溫度是已知改善磷吸附的因素。在高溫?zé)峤庀拢妱?shì)，總體積，比表面積和pH增加。在高熱解溫度下可以獲得大的磷吸附量。在幾種溫度和活性炭原料類(lèi)型上，模型的行為有所不同。
通常，磷的吸附過(guò)程是活性炭中的吸熱反應(yīng)。等溫線包括Freundlich，Langmuir和Langmuir-Freundlich能夠預(yù)測(cè)廢水中活性炭對(duì)磷的吸附。在這些條件下，Langmuir通常更適合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖2總結(jié)了磷在活性炭表面上吸附的各種機(jī)理。一些機(jī)制以高親和力和強(qiáng)度(例如，配體交換和內(nèi)球雙齒)將磷固定在其表面上，而另一些機(jī)制以較低的強(qiáng)度(例如，外球絡(luò)合和靜電吸引)固定在磷表面，從而降低了除磷效率。
圖1：磷吸附到活性炭表面的潛在機(jī)理。
活性炭對(duì)廢水中去除磷的用途，活性炭可用于從水溶液和廢水中去除磷，吸附能力受到活性炭的物理和化學(xué)性質(zhì)，預(yù)處理方法和熱解條件。由于其作為物理吸附劑的高孔隙空間，活性炭在不同的磷濃度水平下顯示出高效率。磷的吸附通常取決于活性炭表面上可用的金屬陽(yáng)離子的數(shù)量和類(lèi)型，因?yàn)榛钚蕴繉?duì)磷吸附的主要機(jī)理通常是通過(guò)化學(xué)沉淀。增加活性炭吸附能力的一種方法是通過(guò)各種方法改性吸附劑，所以經(jīng)過(guò)多方面測(cè)試發(fā)現(xiàn)活性炭可以去除廢水中的磷并且效果比較好。
