活性炭在廢水應用中-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)導致廢水的排放增加，富營養(yǎng)化已顯示出對水生生態(tài)系統(tǒng)的嚴重威脅。磷(P)和氮(N)在較小的程度上，是植物生長重要的營養(yǎng)物質(zhì)，如果濃度過大可能會導致水體富營養(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?；钚蕴渴怯脕砣コ龑挿秶乃芤褐形廴疚飪?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，并且成本還低。與其他方法相比活性炭應用的重要性關于從廢水，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，因為它效率高且不會產(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，可能會影響其使用。與化學和生物方法相比，圖1是活性炭吸附的應用優(yōu)勢，吸附法作為一種物理方法因其成本低，操作簡單，效率高和吸附率高而受到了廣泛關注，尤其是在低磷水平情況下?；钚蕴繎玫膬?yōu)勢。影響活性炭對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)會發(fā)展，結(jié)果其比表面積也會增加。活性炭去除磷通常是通過吸附過程完成的，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增加活性炭對磷的吸附。水溶液中的磷酸鹽與這些金屬氧化物通過弱的氫鍵形成沉淀。磷酸鹽還可能通過化學反應和牢固的化學鍵與這些金屬氧化物反應而沉淀。由不同類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。由于羥基官能團密度的增加，復合活性炭對磷的吸收增加。因此，在制備活性炭之前，先進行具有增加的金屬陽離子濃度的化學預處理。
活性炭中的磷吸附熱力學及其機理，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理，動力學模型和熱力學，以認識活性炭中吸附過程的性質(zhì)。
動力學模型類型，包括偽一級，偽二級和顆粒內(nèi)擴散模型，可提供有關活性炭中磷吸附機理的見解。一些研究表明，假一階是好的模型言下之意磷個物理吸附。熱解溫度是已知改善磷吸附的因素。在高溫熱解下，電勢，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型上，模型的行為有所不同。
通常，磷的吸附過程是活性炭中的吸熱反應。等溫線包括Freundlich，Langmuir和Langmuir-Freundlich能夠預測廢水中活性炭對磷的吸附。在這些條件下，Langmuir通常更適合實驗數(shù)據(jù)。圖2總結(jié)了磷在活性炭表面上吸附的各種機理。一些機制以高親和力和強度(例如，配體交換和內(nèi)球雙齒)將磷固定在其表面上，而另一些機制以較低的強度(例如，外球絡合和靜電吸引)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理。
活性炭對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性質(zhì)，預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離子的數(shù)量和類型，因為活性炭對磷吸附的主要機理通常是通過化學沉淀。增加活性炭吸附能力的一種方法是通過各種方法改性吸附劑，所以經(jīng)過多方面測試發(fā)現(xiàn)活性炭可以去除廢水中的磷并且效果比較好。