论文摘要
造成水体富营养化现象的主要营养盐元素是氮和磷，所以氨氮和磷酸盐的去除对于控制水体富营养化有着重要作用。在常用的氮磷去除方法中，吸附法是一种快速、高效、操作简便、没有二次污染、可回收且低成本的方法。我国小麦秸秆资源相当丰富，合理利用小麦秸秆不仅可以避免资源的浪费，还可以减少废弃物的排放，保护环境。本课题以小麦秸秆为原材料在不同温度下制成生物炭，并使用FeCl3溶液对其改性，研究了生物炭及改性生物炭对氨氮和磷酸盐的吸附性能，考察了温度、投加量以及pH对吸附的影响，同时还研究了吸附磷前后生物炭中磷的形态特征。主要结论如下：随着热解温度的提高，生物炭的阳离子交换量（CEC）会降低。生物炭对氨氮的吸附动力学与准二级动力学方程相符，吸附热力学与Langmuir方程相符，理论最大吸附量Q随热解温度的升高而下降，与生物炭的CEC呈现出了显著的正相关性。生物炭对氨氮的去除率随温度的升高而上升，吸附的吉布斯自由能变（ΔG）小于0，焓变（ΔH）大于0，熵变（ΔS）大于0，说明该吸附是自发的吸热过程，且吸附后体系的无序性增加。生物炭对氨氮的去除率随着投加量的增加而增加，随pH的升高而先升高后下降，最适宜pH在8左右。氯化铁改性生物炭（M-400-Fe）对磷的吸附效果最好，平衡吸附量为4.685mg/g，是生物炭（M-400）改性前的12.33倍。M-400和M-400-Fe对磷的吸附动力学均更符合准二级动力学方程，吸附热力学均更符合Langmuir方程，M-400-Fe的理论最大吸附量Q为10.12mg/g，是M-400的19.42倍。M-400-Fe对磷的去除率随温度的升高而下降，吸附的ΔG小于0，ΔH小于0，ΔS小于0，说明该吸附是自发的放热过程，且吸附后体系的有序性增加。M-400-Fe对磷的去除率随着投加量的增加而增加，随pH的升高而先升高后下降，最适宜pH在7左右。M-400吸附磷前后交换态磷含量增幅最大，占总增量的82.1%。M-400-Fe吸附磷后铝结合态磷、自生磷、碎屑磷和有机磷的变化不明显，而交换态磷、铁结合态磷和闭蓄态磷含量显著增加，分别占总增量的26.6%～33.5%、50.7%～66.7%和7.2%～16.2%。溶液初始pH等于7时，交换态磷含量最高；随着pH的升高，铁结合态磷有向闭蓄态磷转化的趋势。