陶粒是以天然黏土礦物或固體廢棄物為主要原料，輔以少量外加劑混合造粒，經(jīng)燒結(jié)或免燒工藝制備而成的一種人造輕骨料口]?？勺鳛樘畛鋭?、抗菌劑、保水劑、吸附劑等使用，經(jīng)關(guān)鍵詞“陶粒”檢索，目前共有70余項(xiàng)發(fā)明在2015年公布；近25年來(lái)的文獻(xiàn)檢索結(jié)果顯示，關(guān)鍵詞為“陶粒+磷”的論文發(fā)表數(shù)逐年遞增，近10年來(lái)增速尤為顯著，說(shuō)明該方向已逐漸成為熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。在水體除磷方面，陶粒吸附除磷則因高效穩(wěn)定、運(yùn)行方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到關(guān)注[2]，同時(shí)也成為人工濕地系統(tǒng)中一種重要的除磷人工基質(zhì)。本研究主要綜述了陶粒吸附除磷的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析了陶粒吸附除磷的機(jī)制，并對(duì)陶粒吸附除磷的各項(xiàng)影響因素進(jìn)行了概括，提出了進(jìn)一步研發(fā)高效除磷陶粒的方法，從而有針對(duì)性地提高陶粒對(duì)污水的除磷性能。
在陶粒吸附除磷過(guò)程中，影響水溶液中磷吸附去的因素有很多，常見的有陶粒粒徑、磷初始濃度、溫度、吸附時(shí)間、pH以及共存離子的干擾等。
1、陶粒粒徑
陶粒粒徑影響水處理效率，粒徑較大在反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)易于清洗，能有效減少管道板結(jié)和堵塞，而粒徑也影響對(duì)磷的吸附量。SEO等[55]研究不同粒徑的牡蠣殼基質(zhì)對(duì)磷的吸附時(shí)，發(fā)現(xiàn)粒徑增加導(dǎo)致磷吸附量降低。趙桂瑜等[24”85研究了頁(yè)巖陶粒對(duì)磷的吸附，結(jié)果表明，隨粒徑減小，平衡吸附量先增加后減小，在0．3 mm時(shí)平衡吸附量zui大，為59．4mg／kg。如表1所示，陶粒粒徑范圍為0．3 mm[2叩至10 mm[1引。不同材料其制備的陶粒粒徑不僅受材料本身性質(zhì)的影響，而且也受造粒成球工藝的影響，因此陶粒粒徑主要是這兩個(gè)方面因素綜合作用的結(jié)果。
而陶粒粒徑對(duì)磷的吸附主要也存在兩個(gè)方面影響。劉曉等[39]58制備的鋼渣陶粒比表面積為9．03m2／g，其為鋼渣比表面積的5．5倍，理論zui大吸附量為鋼渣的3．3倍。而陶粒的負(fù)載使得陶?？讖捷^小而比表面積變大，粉煤灰為主要原料制備的陶粒負(fù)載水合氧化鈦后比表面積由7．25 rn2／g變大至32．06 m2／g，其內(nèi)部孔徑由10 mm以上變?yōu)? mm左右。羅沛聰?shù)萚261以粉煤灰為主要原料，在低溫400℃下燒結(jié)的陶?？紫堵蕿?1．9％。代亞輝[56]以粉煤灰為主要原料，添加煤矸石作為造孔劑，陶?？障堵蕿?2．13％。QIN等[571制備含40％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)石灰泥、55％煤飛灰和5％硅藻土的陶粒，在1 050℃下燒結(jié)后孔隙率為49．49％。作為多孔性固體減小粒徑容易破壞其孔隙結(jié)構(gòu)，但減小粒徑有利于提高比表面積和擴(kuò)散速率，因此陶粒粒徑存在一個(gè)佳值，制備過(guò)程中需要進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。
2磷初始濃度
不同來(lái)源的污水磷含量存在差異。邢奕等[s83研究了凈化城市湖泊(宜興團(tuán)次)湖水的3個(gè)下行垂直潛流人工濕地中不同的陶粒對(duì)磷的吸附特性，同一濕地的下層陶粒比上層陶粒有更強(qiáng)的吸附能力，這是由于下層陶粒的磷吸附位比上層飽和得遲些，在飽和前表現(xiàn)更強(qiáng)的吸附能力；當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)液中磷
質(zhì)量濃度為10 mg／L時(shí)，下層陶粒的吸附是上層的1．12～1．28倍。張林生等口叼以多孑L陶粒為載體，在一定條件下利用非均相及二次成核作用在陶粒表面沉積一層羥基磷酸鈣晶體，多孑L陶粒作載體形成結(jié)晶體效果較好；當(dāng)原水含磷質(zhì)量濃度為2～5 mg／L時(shí)，該晶種的連續(xù)流固定床除磷率較高且穩(wěn)定，可達(dá)90％以上。童晶晶等[6叩利用粉煤灰、鋸末和鐵礦石等廢棄物經(jīng)造粒和高溫?zé)Y(jié)，自行開發(fā)了兩種高效功能陶粒，并將其與沸石以“磚墻”式嵌套填充，構(gòu)筑了高效功能陶粒生物濾池，并研究了其對(duì)農(nóng)村生活污水除磷作用，結(jié)果表明，當(dāng)磷初始質(zhì)量濃度為4．0 mg／L時(shí)，高效功能陶粒生物濾池的磷去率達(dá)到了89．1％～99．7％，優(yōu)于普通生物濾池。董慶潔等[61]用凹凸棒土與MgCl：反應(yīng)制成了顆粒狀復(fù)合吸附劑，在磷初始質(zhì)量濃度為100 mg／L、吸附溫度為293 K、pH為5．4時(shí)，該吸附劑對(duì)磷的zui大吸附量為34．8mg／g。但由于城市管網(wǎng)的污水中總磷量在4～15mg／L[62|，低濃度磷高效去才能說(shuō)明材料吸附性能良好，但大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室的磷溶液初始濃度都偏大，跟實(shí)際污水中磷濃度存在較大偏差，所以即使材料對(duì)磷的吸附量很大或磷去率很高，其實(shí)際并意義不大。因此，在實(shí)際廢水磷含量范圍內(nèi)開展系統(tǒng)研究是陶粒吸附除磷有效性的一個(gè)重要方面。
3溫度
污水的溫度隨季節(jié)性變化，也存在地域性差異。龔春明[8]698研究了溫度對(duì)牡蠣殼制備的陶粒吸附除磷的影響，結(jié)果表明，當(dāng)溫度為15～25℃時(shí)，溫度升高不僅使溶液中磷克服陶粒表面液膜阻力的能力增強(qiáng)，而且有利于陶粒表面吸附的磷沿微孔向內(nèi)部遷移，使陶粒表面空出吸附空位，磷吸附量從0．13mg／g上升至0．16 mg／g；超過(guò)25℃時(shí)，磷吸附量趨于平衡且變化不明顯。李倩煒等[6胡利用自制粉煤灰陶粒作為曝氣生物濾池填料，對(duì)上海某城市污水處理廠磷的進(jìn)一步處理進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明，低溫不利于總磷的去。李海斌等[23]1585發(fā)現(xiàn)，隨溫度的升高陶粒對(duì)磷的吸附量逐漸變大。陶粒對(duì)磷的吸附量基本都隨溫度的升高而逐漸變大，說(shuō)明主要以化學(xué)吸附為主，證明磷污染物能與陶粒原料成分很好地結(jié)合而固定。但蔣麗[64]發(fā)現(xiàn)，粉煤灰陶粒在不同溫度下的磷去效果依次為15℃>25℃>35℃，吸附性能隨著溫度的降低而升高，這是因?yàn)槲椒磻?yīng)是自發(fā)的放熱反應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，污水處理只能是常溫，不可能對(duì)污水做降溫和升溫處理，否者必然會(huì)增加經(jīng)濟(jì)成本。因此，好針對(duì)不同污水的溫度開發(fā)適合條件的陶粒。
4吸附時(shí)間
附時(shí)間影響污水處理效率，這與pH、溫度、陶粒理化性質(zhì)等因素存在相關(guān)性。楊敬梅等[43]53制備的陶粒對(duì)磷18 h達(dá)到飽和吸附量。趙桂瑜等口4]184制備的頁(yè)巖陶粒對(duì)磷的吸附平衡時(shí)間為12 h。茹菁宇等[65]66的改性陶粒對(duì)磷的吸附平衡時(shí)間為5 h。趙占軍等[1目利用圓陶粒對(duì)磷進(jìn)行吸附，磷吸附量在120 min時(shí)達(dá)到zui大。
在實(shí)際操作和實(shí)驗(yàn)中，需要吸附時(shí)間短以提高陶粒的吸附效率，這不僅需要選擇合適的原料，而且需要合適的吸附條件。祝成成等口胡采用硫酸處理凈水污泥，與外添加劑混合，焙燒制備用于水處理的陶粒，并研究了動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中水流流速對(duì)穿透時(shí)間的影響。結(jié)果表明，隨著水流流速的變大，吸附柱的穿透時(shí)間縮短，對(duì)水中磷的去效果降低；從反沖洗時(shí)間看，陶粒濾料反沖洗時(shí)間比石英砂濾料短，可節(jié)省沖洗水量和動(dòng)力消耗，可節(jié)省日常運(yùn)行費(fèi)用。寧倩[44]39。40發(fā)現(xiàn)，陶粒填充吸附柱的高度與吸附達(dá)到穿透和平衡的時(shí)間成正比，而進(jìn)水磷初始濃度與吸附達(dá)到穿透和平衡的時(shí)間成反比，說(shuō)明可供吸附的位點(diǎn)越充足，P0i一的吸附越完全。因此，需要在實(shí)際過(guò)程中有效控制吸附時(shí)間，并且加強(qiáng)陶粒的機(jī)制性研究，提高磷的去效率。
5pH
不同水質(zhì)的pH存在差異。pH不僅影響陶粒的吸附效率，而且會(huì)影響磷酸鹽的存在形式。陶粒吸附除磷的佳pH主要與陶粒吸附除磷的主要成分與不同pH下磷酸鹽的存在形態(tài)有關(guān)。蔣麗等[7]14”在1 150℃下燒結(jié)25 min制備得到的粉煤灰陶粒，在較寬的pH范圍(4～10)內(nèi)均能較好地去磷酸鹽，其中在自然pH(約為6)時(shí)磷酸鹽去效果佳，說(shuō)明陶粒在此pH下與H：P0_的結(jié)合能力zui強(qiáng)。茹菁宇等[65]66。69發(fā)現(xiàn)，陶粒經(jīng)過(guò)鑭系稀土金屬元素改性后處理含磷廢水時(shí)，由于pH能影響含磷溶液中吸附劑表面電荷及吸附質(zhì)在水中的形態(tài)，因而pH對(duì)磷的吸附效果具有一定影響。同時(shí)，陶粒本身偏堿性，在酸性條件下對(duì)含磷廢水起到了一定的中和沉淀作用，改性陶粒適用于pH為4～11的含磷廢水。寧倩[44]34’35制備的球形陶粒在pH為2．8～12時(shí)均保持較高的磷去率(約100％)，具備很廣的pH適用范圍。LU等哺7]利用高溫和活性炭活化陶粒使其具有很好的耐酸堿性能，可實(shí)現(xiàn)利用，但是需要注意的是活性炭受共存離子的影響顯著。
此外，在制備陶粒過(guò)程中添加凹凸棒土、碳酸鑭、氧化鑭、活性炭等耐酸堿的原料容易使得陶粒具有耐酸堿性質(zhì)，這種性質(zhì)是陶?？梢岳玫那疤?。
