石膏粉對水的鈍化能力分析范文

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《環境科技雜志》2014年第三期

1實驗方法

1.1吸附動力學實驗分別稱取上述2種石膏粉0.5g放入3個250mL具塞三角燒瓶中，向其中加入240mL質量濃度為1mg/L的含磷太湖水樣，置于25℃水浴振蕩器上振蕩，保證礦石粉處于懸浮狀態。每隔2h用注射器抽取懸濁液，用塑料過濾器、0.45μm孔徑的濾膜過濾10mL過濾液，測定過濾液中溶解性正磷濃度，直至磷濃度基本不變。

1.2吸附等溫實驗稱取建筑石膏或醫用石膏粉0.5g共7份，加入7個250mL三角燒瓶中，向每個三角燒瓶中加入240mL用太湖水配置的含磷實驗水樣，磷質量濃度約分別為0.0998，0.2001，0.4000，0.7995，1.3973，2.000，2.9965mg/L，用濃度為0.1mol/L的HCl或NaOH調節每個三角燒瓶中水樣為相同的pH值（6，7，8，9，10），將三角燒瓶放在25℃水浴振蕩器上振蕩T小時（T為吸附動力學實驗得出的吸附平衡時間）。用注射器從三角燒瓶中抽取上清液，用塑料過濾器、0.45μm濾膜過濾，測定過濾液中磷濃度。

1.3環境因素對石膏粉除磷能力的影響（1）pH值對石膏粉除磷能力的影響測定pH值為6，7，8，9，10這5種條件下2種石膏粉除磷吸附等溫線，方法同1.2.2。綜合分析pH值如何影響硫酸鋁渣除磷的效率。（2）堿度對石膏粉除磷能力的影響用NaHCO3和太湖過濾水配置濃度分別為2.23，4.35，6.43，8.58，10.16mmol/L的水樣。分取5種水樣各240mL加入5個三角燒瓶中，并向其中加入磷儲備液，配得磷質量濃度為2.00mg/L的實驗水樣，再次測得各三角燒瓶中pH值為8.15，8.36，8.45，8.49，8.54。向5個三角燒瓶中各加入0.5g石膏粉，25℃振蕩若干小時，測定過濾液中磷濃度。

1.4分析測試方法石膏粉粒度分布采用百特儀器公司生產的BT-9300H型激光粒度分布儀測定；BET比表面積和孔隙率采用美國Quancachrome公司生產的02108-KR-1型比表面積儀測定；晶體成份采用德國AXS公司生產的D8ADVANCE型X-射線儀測定；磷采用鉬銻抗分光光度法測定；Ca2+采用EDTA滴定法測定；堿度采用酸堿滴定法測定。

2結果與討論

2.1石膏粉固定磷動力學曲線以石膏粉與含磷水樣的接觸時間為橫坐標，溶液中剩余磷濃度為縱坐標，繪制石膏粉除磷動力學曲線，見圖1。從圖中可以看出，石膏粉的除磷過程較為平緩，溶液中的磷濃度沒有急速下降的趨勢，而是緩步降低，32h基本達到去除平衡，以32h作為后續實驗的除磷平衡時間。

2.2石膏粉除磷吸附等溫線以震蕩后實驗瓶中平衡溶液磷濃度為橫坐標，單位質量的石膏粉除磷量為縱坐標，繪制不同pH值條件下建筑石膏與醫用石膏除磷等溫線，分別見圖2、圖3。在太湖水條件下，建筑石膏和醫用石膏在pH值為6，7條件下的除磷等溫線均符合Langmuir吸附等溫式：G=bG0•C/（1+bC)。式中：G為石膏粉除磷質量比，mg/g；C為平衡溶液中磷質量濃度，mg/L；G0為石膏粉極限除磷質量比，mg/g；b為擬合常數，反應石膏粉的除磷能力。在pH值為8，9，10條件下的除磷等溫線符合Freundlich吸附等溫式：G＝KfC1/n，Kf和n為擬合常數。經擬合，不同pH值條件下2種石膏粉除磷等溫線及參數見表2、表3。當將太湖水調節到pH值為6~8時，水中磷濃度基本沒有變化，而當太湖水調節到pH值為9，10時磷的濃度降低了。這是因為加入OH-后，水中的HCO3轉變成CO32-，并與Ca2+結合產生CaCO3沉淀，CaCO3沉淀對磷酸根產生表面吸附或共沉淀[9-10]。將圖2、圖3減去圖4得到石膏粉在太湖水中實際的除磷能力，見圖5、圖6。從上述圖、表中可見，2種石膏粉對太湖中磷的去除有著顯著的效果，將2種石膏粉除磷能力進行比較可見，建筑用石膏在太湖水條件下的除磷能力略優于醫用石膏。一般認為，顆粒粒徑越細，比表面積就越大，Ca-P在石膏表面的結晶量也越大，除磷能力越強。但在不同種類的石膏粉之間，粒徑并不能準確反映Ca-P表面結晶能力的大小。所以雖然建筑石膏比表面積較小，但是在除磷效率方面反而表現出了優勢。建筑石膏和醫用石膏主要成分都是硫酸鈣，但是具體的制作工藝不同導致它們的成分有著細微的差別。建筑石膏是將天然水石膏（CaSO4•2H2O）等原料在107～170℃的溫度下煅燒成熟石膏，再經磨細而成的白色粉狀物。其主要成分為β型半水石膏（CaSO4•H2O），而醫用石膏為普通的熟石膏（Ca-SO4•2H2O）。由此可見，建筑用石膏在水中的溶解度明顯大于醫用石膏，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醫用石膏。

2.3影響石膏粉除磷容量的因素

2.3.1pH值由圖2、圖3和表2、表3可見，隨著pH值的增加，2種石膏粉除磷能力均逐漸升高。以平衡磷質量濃度1.5mg/L為例，石膏粉除磷能力隨pH值變化的趨勢見圖7。由圖7可見，當pH值為6，7時，石膏粉在太湖水中除磷效果并不明顯，當pH值為8，9，10時，石膏粉在太湖水中的除磷能力迅速升高。同時結合圖2、圖3可見，pH值升高，Ca-P溶解度減少，飽和指數SI增加，促進Ca-P沉淀的形成，所以在高pH值且高磷濃度條件下，石膏粉對太湖水中磷的去除能力十分顯著。

2.3.2堿度原水不同堿度條件下粉除磷量見圖8，堿濃度從2.23mmol/L以2mmol/L的濃度遞增加到10.18mmol/L，2種石膏粉的除磷量始終隨著堿度的升高而增加。在5種不同的堿度環境下，原水pH值逐步增加，所以石膏粉的除磷效率亦逐漸增強。雖然當堿度較高時，太湖水中本身的碳酸鹽堿度會與Ca2+發生反應，即原水制備過程中產生了CaCO3沉淀，使得原水中Ca2+濃度減少，但是，CaSO4的溶解度遠高于CaCO3，完全可以提供足夠的Ca2+，發生Ca-P沉淀作用，從而去除太湖水中的磷。石膏粉對原水堿度的影響見圖9。初始堿度值不同的原水經震蕩后堿度有不同程度的降低。原水堿度較低的情況下，堿度降低不明顯，基本沒有變化；原水堿度較高的情況下，堿度有明顯的損耗，但與原水的總堿度相比損耗較少。可見，石膏粉對原水堿度的影響很小。

3結論

（1）建筑石膏與醫用石膏對太湖水中磷均有一定的去除能力，pH值對石膏粉的除磷效率影響較明顯，在pH值為6，7的條件下除磷效率較低，吸附除磷等溫式符合Langmuir曲線；在pH值為8~10的條件下除磷效果明顯提高，吸附除磷等溫式符合Freundlich曲線。（2）原水堿度的升高可以提高石膏粉的除磷效率，石膏粉對于原水堿度的影響較小。

作者：叢海兵姜雅婧黃廷林單位：揚州大學環境科學與工程學院徐州市市政設計院有限公司西安建筑科技大學西部建筑科技重點實驗室