6种矿物基填料的氨氮和磷吸附性能比较与作用机制

来源：环境工程技术学报杂志2024年第5期北京时间：

作者：应虹, 罗艳, 王明湖, 周金波, 王海位, 金树权

摘要：为高效去除污染水体中的氨氮（\mathrmNH_4^+ -N）和磷酸盐（\mathrmPO_4^3- -P），筛选生态修复工程中吸附性能优异的矿物基填料，选取了3种天然填料（沸石、蛭石、火山岩）和3种加工型填料（陶粒、生物滤料、除磷滤料）开展\mathrmNH_4^+ -N、\mathrmPO_4^3- -P的吸附动力学和等温线试验，结合X射线衍射、电子扫描显微镜等表征手段，对不同矿物基填料的吸附特性与作用机制进行对比和分析。结果表明：6种矿物基填料的\mathrmNH_4^+ -N和\mathrmPO_4^3- -P吸附动力学过程均符合伪二级动力学方程，吸附速率主要受化学吸附过程控制。Langmuir和Freundlich方程都能很好地拟合不同矿物基填料的等温吸附曲线，\mathrmNH_4^+ -N的理论吸附容量排序为沸石（5.941 6 mg/g）>蛭石（3.695 3 mg/g）>生物滤料（3.250 0 mg/g）>除磷滤料（3.138 9 mg/g）>火山岩（1.000 0 mg/g）>陶粒（0.857 1 mg/g），\mathrmPO_4^3- -P的吸附容量大小为除磷滤料（4.242 4 mg/g）>生物滤料（2.791 7 mg/g）>蛭石（1.625 0 mg/g）>陶粒（1.210 5 mg/g）>火山岩（1.157 9 mg/g）>沸石（0.562 5 mg/g）。矿物基填料对\mathrmNH_4^+ -N和\mathrmPO_4^3- -P的吸附特性与其比表面积、微孔结构、矿物组成和金属元素含量等因素相关，其中沸石的比表面积和阳离子交换量最大，对\mathrmNH_4^+ -N的吸附能力最强，生物滤料和除磷滤料中含有托贝莫来石、Ca、Fe等与磷结合能力较强的成分，对\mathrmPO_4^3- -P的去除效果明显。综合来看，沸石和蛭石可用于\mathrmNH_4^+ -N污染水体的治理，生物滤料和除磷滤料可用于处理含磷污水，而治理同时含有\mathrmNH_4^+ -N和磷的污染水体时，可组合使用多种矿物基填料。对比其他填料，自主开发制备的生物滤料和除磷滤料在同步脱氮除磷方面具有明显优势，可作为氮、磷污染水体生态修复工程的优选基质。

关键词：矿物基填料, 氨氮, 磷, 吸附, 生态修复