镧改性净水污泥水热炭对水体中磷的吸附特性及底泥内源磷的固定

以净水污泥和氯化镧为原料,通过一步水热炭化同时负载镧,制备了镧改性净水污泥水热炭.采用SEM-EDS、 BET、 FTIR、 XRD和XPS对材料进行表征,考察溶液初始pH、吸附时间、吸附等温线和吸附动力学等,研究其对水体磷酸盐的吸附特性.结果表明,制备的材料相比净水污泥原泥,比表面积和孔容孔径有明显提高,磷吸附量大幅提升.吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir模型拟合对磷的最大吸附量达到72.69 mg·g^-1.主要吸附机制为静电引力和配体交换.镧改性净水污泥水热炭添加入底泥,可以有效控制底泥内源磷向上覆水的释放.分析底泥磷形态,水热炭的添加促使底泥中不稳定的NH₄Cl-P、 BD-P和Org-P向非常稳定的HCl-P转变,降低了底泥中潜在活性磷含量,同时也大幅降低了底泥中生物有效磷含量.说明镧改性净水污泥水热炭可以有效吸附去除水体磷酸盐,同时也可作为底泥改良材料,有效稳定底泥内源磷,控制水体磷含量.     

热改性净水污泥对水体底泥磷的控释机制

本研究以净水污泥为原料,通过400 ℃、4 h煅烧制备了热改性净水污泥。探讨了其对水体中磷酸盐的吸附特性,以及在不同投加量 (2.5%、5%、10%) 下热改性净水污泥对底泥中磷的控释及形态影响。同时结合SEM、BET等表征手段,探究了WTS_400-4对底泥中磷的稳定机理。结果表明,WTS_400-4相比WTS具有更发达的孔隙结构及比表面积,增强了对磷酸盐的吸附能力。吸附过程符合准二级动力学模型,Freundlich模型更适用于描述WTS_400-4吸附磷酸盐的过程,其中参数n＞1,说明WTS_400-4对磷酸盐的吸附容易进行。WTS_400-4的添加会使底泥中弱吸附态磷(NH₄Cl-P)、氧化还原敏感态磷(BD-P)和有机磷(Org-P)等不稳定态磷向稳定的金属氧化物结合态磷(NaOH-rP)转变,且其转化量会随着WTS_400-4投加量的增加而增加,有助于抑制底泥磷向上覆水释放。此外,WTS_400-4的添加可降低底泥中WSP(水溶性磷)和Olsen-P (碳酸氢钠可提取磷)这2种生物有效磷含量。WTS_400-4添加入底泥,一方面可以降低底泥中潜在活性磷和生物有效磷含量,降低底泥内源磷向上覆水释放的风险,另一方面可以通过WTS_400-4的吸附作用直接去除间隙水中的磷,从而降低上覆水和间隙水之间的磷浓度梯度,进而抑制磷从间隙水向上覆水中释放。结果表明,WTS_400-4可作为底泥改良剂用以控制水体和底泥的磷含量。