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水体中磷过剩带来的直接危害是造成水体富营养化,与此同时,磷资源又是一种不可再生的自然资源,是工农业生产必需的原材料。因此,从富营养化水体中回收磷是实现磷资源可持续利用和废水资源化的良策。本实验通过把富磷河水看成一种磷资源或磷资源的载体,一方面通过离子交换树脂对河涌水体中磷的去除,使水质得到净化,恢复水体的生态功能,解决了水体的污染；另一方面,通过进一步解吸处理来回收磷资源,实现循环经济和可持续发展。
本论文主要分三个部分:
第一部分:通过多种不同类型的树脂在模拟体系中对不同形态磷的吸附率的比较,选取吸附效果最好的D213树脂作为吸附材料,考察溶液初始pH值、树脂用量、温度、吸附时间、溶液初始浓度等因素对吸附过程的影响,并探讨了吸附过程的热力学及动力学规律。研究结果表明:D213树脂脱磷效果显著,静态实验对含磷0.5mg/L的模拟废水,磷的去除率可达85％-95％。升温有利于吸附交换反应的进行；吸附交换时间为30min时,吸附交换基本达到平衡。D213树脂对正磷酸盐的静态饱和吸附量为0.218mg/g。
热力学研究表明D213树脂对磷的吸附行为可用Freundlich等温方程描述。吸附过程是自发过程(吸附自由能变△G=-1.961 KJ·mol-1<0)和吸热过程(吸附焓△H=66.10KJ·mol-1>0),熵变为正值(△S=232J·mol-1·K-1>0)。动力学研究表明D213树脂对磷的吸附行为更符合二级吸附交换动力学过程,化学反应为磷酸根在D213树脂上吸附速率的主要控制步骤。
第二部分:采用富磷的河涌水作为处理对象进行静态吸附、动态吸附和解吸试验,并对吸附机理进行探讨。试验结果表明:静态吸附试验中,树脂对河涌水中的可溶性正磷酸盐和可溶性总磷有着较好的去除效果,去除率分别可达86.77％和87.66％。动态吸附试验中,D213树脂对可溶性正磷酸盐的动态饱和吸附量为0.137mg/g,对可溶性总磷的饱和吸附量是0.261mg/g。实验采用8％NaCl作为解吸剂,用5％HCl作为再生剂,经过6次吸附解吸,树脂对同样浓度的河涌污水都有着接近的处理效果。
第三部分:对解吸液中的磷进行回收。通过向溶液中投加一定量的无水氯化钙,使得初始Ca/P物质的量比约为3,再向溶液加入适量NaOH调节溶液pH=9-10,使水样中的溶解性磷以磷酸钙盐的形式沉淀。并对所得的沉淀进行傅里叶红外光谱FT-IR的分析和磷含量的测定。结果表明:红外谱图上出现典型PO43-吸收峰和H2PO4-吸收峰,回收产品中磷含量(以P2O5计)为16—25％。为以后进一步的磷回收试验提供一定的实验基础。