活性炭對砂石過濾器改進減少磷流失

　　氮(N)和磷(P)等營養物質進入水體，會刺激了藻類和其他水生植物的生長，從而啟動了富營養化過程。在大多數淡水系統中，磷是加速富營養化過程的主要限制性養分，磷向水生系統的異地遷移一直是水質管理特別關注的問題。雨水徑流造成的磷(P)損失是一個水質問題，本研究的目的是研究活性炭用于磷去除的砂石過濾器。進行批量吸附實驗在浸出實驗進行時評估砂石過濾器和活性炭的磷吸附。

　　過濾介質和活性炭

　　主要的多孔介質(圖1)是市售的游砂和浮石，它們是相同的材料。游砂質地細砂(97.5%沙子、1.8%淤泥和0.7%粘土，根據比重計法)，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。有關活性炭詳細信息，請聯系我們。

　　圖1：用作主要過濾介質的沙子和浮石材料。

　　批量吸附實驗的方法

　　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，并通過0.2-μm膜過濾器過濾上清液。根據鉬酸鹽法，使用UV-VIS分光光度計分析濾液中的正磷酸鹽�？偣�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)。十六列對應于由兩種過濾器(沙子或浮石)和四種活性炭改進材料組成的實驗，包括對照(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5%)的沙子或浮石混合，然后將其干填充到柱中。每個柱子的底部都用粗棉布保護，這樣可以大限度地減少過濾材料的損失。

　　圖2：過濾柱實驗設置。

　　間歇吸附磷

　　在間歇吸附條件下，活性炭對水中磷的去除率高達19%，而僅砂石過濾器對磷的去除率低得多(1.7%至2.3%)圖3。值得注意的是，對活性炭的去離子水提取物證實，碳材料本身溶解出了相當高的磷濃度。眾所周知，作為土壤改良劑的生物炭可以提高土壤的養分保持能力。然而，本研究中測試的生物炭在實驗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：批量吸附實驗中的磷(正磷酸鹽)去除率。

　　過濾柱實驗中的磷浸出

　　過濾柱流出物中的磷濃度隨著整個磷溶液的增加，活性炭改進的沙柱和用活性炭改進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，與批量吸附實驗的結果相匹配。在解吸階段，所有柱中的總磷濃度下降，并在浸出事件結束時達到最低磷濃度。

　　圖4：過濾柱實驗中的磷(正磷酸鹽)保留率。

　　通過浸出的磷累積量與施用的磷量估計的磷保留(%)顯示了活性炭改進的沙子和浮石柱的區別圖4�；钚蕴扛倪M的砂柱產生很高的磷保留(37%)，其次是活性炭改進的砂柱保留(30%)。僅浮石柱在磷保留方面的效果最差(13%)�？傮w而言，在任何活性炭改進中，砂柱產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，從而使磷在砂柱中的保留時間更長。

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

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