活性炭對(duì)砂石過濾器改進(jìn)減少磷流失

　　氮(N)和磷(P)等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體，會(huì)刺激了藻類和其他水生植物的生長(zhǎng)，從而啟動(dòng)了富營養(yǎng)化過程。在大多數(shù)淡水系統(tǒng)中，磷是加速富營養(yǎng)化過程的主要限制性養(yǎng)分，磷向水生系統(tǒng)的異地遷移一直是水質(zhì)管理特別關(guān)注的問題。雨水徑流造成的磷(P)損失是一個(gè)水質(zhì)問題，本研究的目的是研究活性炭用于磷去除的砂石過濾器。進(jìn)行批量吸附實(shí)驗(yàn)在浸出實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)評(píng)估砂石過濾器和活性炭的磷吸附。

　　過濾介質(zhì)和活性炭

　　主要的多孔介質(zhì)(圖1)是市售的游砂和浮石，它們是相同的材料。游砂質(zhì)地細(xì)砂(97.5%沙子、1.8%淤泥和0.7%粘土，根據(jù)比重計(jì)法)，而浮石的直徑大多大于2毫米。活性炭是韓研出廠的，是本研究中摻入沙子或浮石柱的吸附活性炭。有關(guān)活性炭詳細(xì)信息，請(qǐng)聯(lián)系我們。

　　圖1：用作主要過濾介質(zhì)的沙子和浮石材料。

　　批量吸附實(shí)驗(yàn)的方法

　　酸二氫鉀在去離子水中制備磷溶液，將活性炭稱重到試管中，，并用36mL的16.3mg/L-1正磷酸鹽平衡，僅包括沙子或浮石樣品。將管在端到端振蕩器上以90min-1的頻率平衡24小時(shí)，并通過0.2-μm膜過濾器過濾上清液。根據(jù)鉬酸鹽法，使用UV-VIS分光光度計(jì)分析濾液中的正磷酸鹽。總共16根柱子(直徑7.62厘米，高7.62厘米)用沙子或浮石填充到4.56厘米的深度(圖2)。十六列對(duì)應(yīng)于由兩種過濾器(沙子或浮石)和四種活性炭改進(jìn)材料組成的實(shí)驗(yàn)，包括對(duì)照(無添加活性炭)，一式兩份。將含活性炭改良劑和不含活性炭改良劑(按重量計(jì)5%)的沙子或浮石混合，然后將其干填充到柱中。每個(gè)柱子的底部都用粗棉布保護(hù)，這樣可以大限度地減少過濾材料的損失。

　　圖2：過濾柱實(shí)驗(yàn)設(shè)置。

　　間歇吸附磷

　　在間歇吸附條件下，活性炭對(duì)水中磷的去除率高達(dá)19%，而僅砂石過濾器對(duì)磷的去除率低得多(1.7%至2.3%)圖3。值得注意的是，對(duì)活性炭的去離子水提取物證實(shí)，碳材料本身溶解出了相當(dāng)高的磷濃度。眾所周知，作為土壤改良劑的生物炭可以提高土壤的養(yǎng)分保持能力。然而，本研究中測(cè)試的生物炭在實(shí)驗(yàn)室條件下沒有顯示出磷的吸附甚至釋放。在我們的研究中，值得注意的是，活性炭去除了19%的水溶液磷。活性炭去除磷可以通過額外的氧化步驟來解釋。

　　圖3：批量吸附實(shí)驗(yàn)中的磷(正磷酸鹽)去除率。

　　過濾柱實(shí)驗(yàn)中的磷浸出

　　過濾柱流出物中的磷濃度隨著整個(gè)磷溶液的增加，活性炭改進(jìn)的沙柱和用活性炭改進(jìn)的浮石柱顯示出最低的磷濃度，這表明活性炭柱在吸附階段(浸出)在一定程度上地保留了磷，與批量吸附實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相匹配。在解吸階段，所有柱中的總磷濃度下降，并在浸出事件結(jié)束時(shí)達(dá)到最低磷濃度。

　　圖4：過濾柱實(shí)驗(yàn)中的磷(正磷酸鹽)保留率。

　　通過浸出的磷累積量與施用的磷量估計(jì)的磷保留(%)顯示了活性炭改進(jìn)的沙子和浮石柱的區(qū)別圖4。活性炭改進(jìn)的砂柱產(chǎn)生很高的磷保留(37%)，其次是活性炭改進(jìn)的砂柱保留(30%)。僅浮石柱在磷保留方面的效果最差(13%)。總體而言，在任何活性炭改進(jìn)中，砂柱產(chǎn)生的磷保留比浮石柱高4-10%。這種差異可能歸因于砂柱比浮石柱的體積密度更大，粒徑更細(xì)，從而使磷在砂柱中的保留時(shí)間更長(zhǎng)。

　　活性炭對(duì)砂石過濾器改進(jìn)減少磷流失，本研究展示了用活性炭改進(jìn)的沙子和浮石過濾器對(duì)水性磷吸附的性能。在批量吸附實(shí)驗(yàn)下，沙子和浮石介質(zhì)本身的磷吸附能力有限(1.7%到2.3%)。在活性炭中，活性炭表現(xiàn)出最高的磷吸附量(19%)，過濾柱實(shí)驗(yàn)證實(shí)活性炭改進(jìn)的砂柱通過浸出產(chǎn)生的磷損失最低，其次活性炭改進(jìn)的浮石柱。

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