Mg(OH)2改性的饮用水处理残渣用于同时去除废水中的氨氮和磷酸盐：工艺与机制

《Environmental Technology》：Mg(OH)2-modified drinking water treatment residue for simultaneous ammoniacal nitrogen and phosphate removal from wastewater: process and mechanism

本研究利用改性饮用水处理残渣Mg-DWTR去除水体中氨氮和总磷，考察pH、吸附剂用量等因素影响，发现其吸附能力在pH3-9范围内表现优异，吸附模型符合伪二阶和朗缪尔动力学，且存在化学沉淀协同作用。经过5次循环后吸附能力保持稳定，但在钾离子、硫酸根离子及有机酸存在时吸附效率显著降低。表征结果表明Mg-DWTR通过多机制协同吸附，为“以废治废”提供了新思路。

　　

摘要

为了充分利用饮用水处理残渣（DWTR）在减少导致水体富营养化的过量氮（N）和磷（P）排放方面的潜力，采用了一种简单的沉淀工艺制备了经过Mg(OH)₂改性的饮用水处理残渣（Mg-DWTR）。这种材料能够同时去除氮和磷，并具有较高的吸附能力。研究了溶液pH值、吸附剂用量、反应时间、初始浓度以及共存物质对Mg-DWTR同时去除氨态氮（NH₄⁺-N）和总磷酸盐（TP）的影响。结果表明，Mg-DWTR在较宽的pH范围（3–9）内均表现出良好的去除效果。吸附过程符合拟二级动力学模型和朗缪尔动力学模型，预测的最大吸附容量分别为43.771–50.295 mg g^-1（NH₄⁺-N）和82.050–89.881 mg g^-1（TP），且该吸附过程为放热反应。经过五次循环使用后，Mg-DWTR的吸附容量仍保持在8.541 mg g^-1（NH₄⁺-N）和20.511 mg g^-1（TP）。此外，在K⁺、SO₄^2?、柠檬酸和腐殖酸的存在下，Mg-DWTR的吸附能力显著下降。吸附前后的SEM-EDS、XRD和FTIR分析揭示了多种影响吸附过程的机制。其中，NH₄⁺-N和TP的主要去除途径是通过形成鸟粪石晶体实现的；同时，配体交换、静电作用和物理吸附共同增强了营养物质的去除效果。本研究为水环境中氮和磷的去除以及DWTR的资源化利用提供了新的见解，实现了“以废治废”的理念。