具氮、磷吸附特性的多孔混凝土材料优选

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发布时间：2021-09-27

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具氮、磷吸附特性的多孔混凝土材料优选
张政科 1I 。虢清伟，颜智勇 ’，龙
(1．湖南农业大学环境工程系，湖南长沙 410128；2
焰。，曾东，岳衡，刘超
环境保护部华南环境科学研究所，广东广州 510655
3．暨南大学环境工程系，广东广州 510632，4．南华大学市政工程系，衡阳 412001)
摘要：研究了粒径在 25-30mm 的天然沸石、浮石、钢渣、砾石在低浓度下对溶液中氮、磷的吸附特性，优选出具氮、磷高效吸附的多孔
混凝土材料；通过静态试验和动态试验研究，对数据进行模型拟合及回归分析，得到了各材料对氮、磷的饱和吸附量。结果表明：4种材料
对溶液中氨氮的吸附能力大小排列为沸石 >浮石 >钢渣 >砾石，对总磷的吸附能力大小依次为浮石钢渣 >沸石 >砾石。沸石对氨氮和
浮石对总磷的吸附结果均能很好的拟合 Lagergren准二级反应动力学模型。静态试验中当氨氮浓度为 2 mg／L时，沸石对氨氮的吸附容量
相应为 l16．28mg／kg；浮石在总磷浓度为 0．2mg／L时，浮石对总磷的饱和吸附量为 10．06mg／kg。动态试验中各材料吸附效果明显优于静态吸
附效果，在氨氮浓度为 5 mg／L时，沸石对氨氮的吸附量达到了 823 mg／kg，在总磷浓度为 0．5 mg／L时浮石对总磷的吸附量为 49 mg／kg。沸石
和浮石可作为具氮、磷吸附特性的多孔混凝土优选材料。
关键词：脱氮除磷；多孔混凝土；吸附材料
中图分类号： TU528．2 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2012)10—0089—03
Optim ization of porous concrete m aterials w ith m itrogen and phosphate adsorption characteristic
ZHANGZheng-ke ，GUOQing-wei ，YANZhi-yong~,LONGYah 3，ZENGDong ，YUEHeng4,工JUChao
(1．DepartmentofEnvironmentalEngineering，HunanAgriculturalUniversity，Changsha410128，China；
2．South China Institute ofEnvironmental Sciences．M EP，Guangzhou 510655，China；
3．Departm entofEnvironm entalEngineering，JinanUniversity，Guangzhou 510632，China；
4．Municipal Engineering，University ofSouth China，Hengyang 412001，China)
Abstract： Adsorption properties ofthe natural zeolite，pumice，slag，gravel (between 25-30 mm in size)on nitrogen，phosphorus in the low
concentration have been researched．Through the static and dynam ic experim ents，data model fitting and regr ession analysis，the saturation adsorp—
tions of four materials on ni~ogen and phosphorus has been studied．The results indicated that the adsorption capacity on ammonia nitrogen of so—
lutions was natural zeolite>pumice>slag>gravel，the adsorption capacity on total phosphorus ofsolutions was pumice>natural zeolite>slag>grave1．
The results ofadsorption ofamm onia nitrogen by natural zeolite an d the adsorption oftotal phosphorus by pum ice could be well fitted Lagergren
pseudo—second kinetic mode1．In the case of 2 mg／L of ammonia nitrogen at static experiments，the adsorption capacity of zeolite for ammonia ni—
trogenwas I16．28mg／kg；whenthe concentration oftotal phosphorus at 0．2metE，the result ofadsorption capacity was 10．06megkg．Besides，the
results ofthe dynamic experim ents were superior to static．W hen the concentration ofammonia nitrogen at 5 m g／L，the result ofadsorp tion capaci—
ty ofzeolite was 823 mg／kg．When total phosphorus at 0．5 mg／L，the result ofadsorption capacity ofpumice was 49 mg／kg．The zeolite and pum ice
could be chosen for adsorption ofnitrogen an d phosphoru s as porous concrete m aterials．
Key w ords： nitrogen andphosphoru s removal；porous concrete；adsorp tion m aterial
0 引言
多孔混凝土是一种特殊混凝土，它由粗骨料和少量的水泥
浆体浇筑构成[1]。它构成植生混凝土的骨架，而后者是一种应用
前景广阔的生态型护砌材料，它既具有普通混凝土的结构性，
耐水力冲刷，同时又能为植物的根部提供足够生长空间，美化
环境。一般要求多孔混凝土的孔空隙率达到 25％~40％[2-53，且平
均孔径大，孔隙连通。
针对目前水体富营养化严重的情况，此次研究拟筛选出具
高效脱氮、除磷功能的多孔混凝土材料，使这种生态护砌材料
具有高效脱氮除磷的特性。目前用于吸附氮、磷的材料主要有沸
石、浮石、页岩、钢渣、煤渣、砾石、陶粒等问，主要是利用这些材
料的多孔结构及离子交换功能。它们对氮、磷的吸附动力学原理、
等温吸附特性及作用机理国内外学者做了大量研究。2003年温
东辉，唐孝炎研究了天然斜发沸石对溶液中 NH针的物化作用
机理；2005年谭洪新、周琪对钢渣、页岩、砾石等湿地填料的除
磷效果进行了研究嘲；2010年杨继臻，陈水平等研究了钢渣对选
矿废水中总磷的去除及机理；2011年朱文涛、司马小峰等探讨
了钢渣、活性炭、沸石、粗砂对水中磷的吸附特性㈣。这些研究大
部分都侧重于材料的吸附特性及吸附机理，材料往往是经过粉
碎、碾磨成小颗粒后在高浓度溶液中的进行的吸附特性研究。
而运用于多孔混凝土的材料粒径要求在 25～30 mm[“】，对于这