外文翻译--施政

1、重庆科技学院学生毕业设计（论文）外 文 译 文学 院 冶金与材料工程学院 专业班级 冶金2009-04 学生姓名 施 政 学 号 2009440479 译 文 要 求1. 外文翻译必须使用签字笔，手工工整书写，或用A4纸打印。2. 所选的原文不少于10000印刷字符，其内容必须与课题或专业方向紧密相关，由指导教师提供，并注明详细出处。3. 外文翻译书文本后附原文（或复印件）。文献出处：Journal of Hazardous Materials 165 (2009) 11931199赤泥对含磷废水除磷的正交实验研究赵颖，王俊，栾兆坤*通讯作者。电话：+86 1062849150传真：+86 1

2、062849198。E-mail地址：zhao ying005（赵颖），Luanzk（栾兆坤）。，彭咸嘉，梁镇，施礼环境水化学国家重点实验室，生态环境研究中心，中国科学院，邮政信箱2871，北京100085，中国摘 要：采用23完全正交实验研究了赤泥对水溶液中磷的吸附。对磷的浓度、溶液的初始pH（pHi）和赤泥用量对于磷的去除效率和最终溶液的pH值（pHf）的影响进行了研究。考察了单个变量和因变量的相互作用对除磷效率和pHf的影响。研究结果表明，当反应条件初始磷浓度为25mg l1，赤泥剂量为1.5g l1，pHi值为3.0时，除磷效率和pHf达到最佳值，分别为97.6%和10.9。当有足够量

3、的钙离子和最终pH值大于9是废水脱磷的最佳条件。关键词：除磷；赤泥；吸附；正交实验1 引言废水中的磷对于进行光合作用的藻类和其他水生物本身的成长是一种必需的营养素。但是，过量磷浓度的污水排放可能导致水体富营养化1。水体富营养化主要是通过氧气耗尽的藻类腐烂扰乱水中生物的平衡和影响水的质量。减少氧气含量影响了鱼类和其他水生生物、微生物及昆虫增长，因为它会导致自然度假村退化。因此，在家庭和工业排放中必须使用污水处理技术控制磷的含量。在污水处理工艺中，已开发了很多方法用于除磷2，包括物理法3，化学法4和生物法5。物理方法被证明是要么是太昂贵的电渗析和反渗透3，要么低效率的，除磷率只能达到10% 4。强

4、化生物处理总共能去除高达97%的磷，而且它是低成本的。但是废水的化学组成和温度的变化使执行此过程变成了不可行的废水处理。化学去除技术是最近最行之有效的方法。石灰、硫酸铝、氯化铁是用于除磷常见的沉淀剂2。然而，成本与使用的金属的盐和污泥产量可能阻碍了广泛的应用6。因此，除磷的替代技术正在开发中。最近，注意力已经集中在磷吸附剂，因为它最经济和最适用的吸附。已经利用粉煤灰5,7,15、铝氧化物8-10、铁的氧化物11-14、矿渣16,17、赤泥18,19、硅酸盐20,21、活性炭22和气混凝土23获得了成功的结果。赤泥是在拜耳法中用碱性浸出铝土矿过程中的残留物。生产一吨的氧化铝大约有1-2吨的红色泥

5、渣24。近年来，每年在中国必须处理的烧碱赤泥约10-20万吨 25。自建厂以来，赤泥经过多年积累，由于其高碱度和量大导致了严重的环境问题。很多人都在研究废水中赤泥的应用而且赤泥已经被发现用以除去氟26、铬27、六价铬28、染料29、重金属30、磷酸水溶液5,31。对于高百分比的钙、铝、铁，赤泥作为一种经济的吸附剂用于大规模使用是一个很好的候选。在这项研究中，磷是用赤泥去除的。这个主要原因之一就是使用赤泥比使用其他化学处理除磷的优势是赤泥的丰富性和其容易获得。许多先前的研究表明，磷酸盐沉淀主要是钙磷灰石，尤其是羟基磷灰石（HAP）。因为HAP形成的程度是严重依赖过饱和度，pH值和初始磷浓度等因素

6、32,33，所以有必要研究赤泥用量、溶液的初始pH（pHi）和磷浓度的影响，这些都最终直接影响到HAP形成的pH值（pHf）。本研究旨在探讨赤泥对磷去除效果的影响。利用实验设计方法对磷浓度、溶液的初始pH（pHi）和赤泥用量等对磷的去除效率进行了研究。使用23正交实验的方法对考虑的参数主要的影响和它们之间的相互作用进行了研究。2原料和方法2.1原料 本研究中所用的赤泥是从中国山东铝业公司得到。在一批实验进行之前，赤泥首先要被过筛并且颗粒小于100目的被保留作进一步考虑在试验中没有任何进一步的处理。赤泥的平均化学组合物列于表1。此表显示，赤泥主要是Ca、Si、Fe和Al的氧化物的混合物，并且Ca

7、O的含量是最高的。单点N2-BET法表明，一个典型的赤泥样品的比表面积大约是14.76平方米/克。在实验中所用的标准的磷溶液是从1g P l-1无水磷酸二氢钾的储备液制备的。磷的测定是根据APHA标准方法使用HACHDR/4000U分光光度计用抗坏血酸测定酸的方法测定的34。 pH计（奥立龙）是用于测量在实验中溶剂的pH值，和用稀HCl和NaOH来调整溶液的pH值。本研究所使用的这些化学物质是分析试剂级或更好，所有的实验都要重复进行再取平均值用于分析。表1 所使用赤泥的平均组成（重量）成分组成% (w/w)SiO218.08Fe2O315.30Al2O38.26CaO38.02MgO1.63N

8、a2O3.55K2O0.36TiO24.512.2实验过程为了确定赤泥的除磷效果及对pHf的影响，我们批次进行实验。实验过程如下：一定体积的浓度为1g P l-1 PO43-的磷酸原液通过添加非常低的硬度的自来水稀释至实验浓度。然后将溶液的pH值调整到所需的值，再在溶液中加入一定量的吸附剂。在室温（20±1）下用200转速度搅拌该混合物4小时，其中每个正交实验的因子都要在相同的实验条件下进行。根据以往的研究，将悬浮液进行搅拌4小时有足够的时间以达到平衡5。等到平衡后，将样品进行离心分离和把磷的上清液进行分析。溶液的pHf也要被测量。赤泥吸附前后是通过X射线衍射（XRD）确定的。分析是

9、在室温下用一个扫描速度范围为0.2°的S-1 Cu K辐射的Rikaku TTRIII衍射仪进行的。XRD图谱2范围为10-90。3结果与讨论3.1初始pH值对除磷的影响 对于用吸附法从水溶液中除磷，pH值被认为是一个重要的参数。对含1.5 g·l-1赤泥的方案进行了调整，以不同pH值范围从1.0至11.0。pHi在除磷的影响百分比和pHf示于图1（a）和（b）。可以看出如图1所示，除磷效果严格增加随着pHi增大到3.0，增大到3.0以后可以观察到减少。最大效率地除磷发生在pHi为3.0。据观察当pHi值3.0时溶液pHf的值测定为11.3、9.1和7.3，25 mg

10、83;l-1、50 mg·l-1和100mg·l-1的磷浓度分别有相应的除磷效率的百分比为87.1%、71.8%、和61.4%。除磷效率（%）pHf图1 初始pH值对除磷（a）和pHf（b）的影响（赤泥用量为1 g l1）表2 溶液中剩余的Ca2 +浓度（mg l-1）和用浓度为50mg l-1磷酸平衡后除磷效率（）pHi赤泥用量(g l1)0.250.51.03.0Ca2+pHf去除效率Ca2+pHf去除效率Ca2+pHf去除效率Ca2+pHf去除效率1.057.91.25.2131.31.310.4227.11.322.5308.75.443.63.045.97.012

11、.843.57.830.531.89.171.838.110.978.35.021.28.56.518.99.917.513.810.253.58.011.264.9pH值对于加上赤泥的CaO的量是一个重要因素，尤其是在有高浓度氢离子的强酸性介质中35。留在溶液中Ca2+浓度受pHi的影响和除磷效率在表2中都给出了。该表显示，不同赤泥剂量下溶液中Ca2+浓度均随着pHi的增多而减少。在pHi值为1.0时有大量Ca2+被释放到溶液中，但由于pHi太低，pHf可能也会太低以至于不能形成不溶性的磷酸盐化合物。当pHi值为5.0时，pHf是足够高可以形成不溶性的磷酸盐化合物，但钙离子释放到溶液的量低，

12、所以由于溶液中的钙离子不足而使除磷效率更低。因此，最高的除磷效率能够在当pHi为3.0时实现。强度（a.u） 2波（度）图2 用赤泥吸附前（A）和吸附后（B）的X射线衍射图，钙的磷酸盐沉淀有（P）标记从图2中可以看出，赤泥反应前后都被X射线衍射检查，X射线衍射结果表明钙的磷酸盐沉淀是磷灰石。赤泥中Fe2O3在除磷（如磷酸铁）过程中可能是一个重要的因素。然而，在本文中的赤泥中相比氧化铁（15.30%）来说含有更多的钙（38.02%），赤泥中的氧化钙在除磷过程中扮演着重要的角色。此外，文中主要介绍了利用赤泥与钙磷灰石沉淀除磷的机制。因此，本文不考虑Fe2O3在赤泥除磷过程中的影响。3.2吸附剂用量

13、的影响当pHi值为3.0时，赤泥剂量对从水溶液中除磷的影响示于图3中。初始磷浓度从10 mgl-1变化到100 mgl-1。很明显，对于一个给定的初始磷浓度，除磷效率是随着赤泥剂量的增加而增加。由于初始磷浓度的增加，需要在赤泥中加更多的水以至于增加pHf使其适合用于形成不溶性的磷酸盐化合物。对于一个给定的赤泥用量，pHf的值随着磷浓度的增加而降低。正磷酸盐化合物pH值的变化可以解释这一点。当pH值为3.0时，H3PO4和H2PO4-是主要的水性物种。在相同的pH值下，HPO42-和PO43-也可以存在，但通常浓度要小于H3PO4和H2 PO4-。赤泥不会使溶液的pH值增加太多而使酸性的磷酸盐化

14、合物转化成碱性。因此，需要增加更多的赤泥以使pH值达到适当的值从而取得令人满意的除磷效率。除磷效率（%）赤泥剂量（g l-1）图3 赤泥剂量对除磷效果的影响（pHi=3.0）除磷效率（%）初始磷浓度（mg l-1）图4 初始磷浓度对除磷效果的影响（pHi=3.0）3.3初始磷浓度的影响图4给出了当pHi值为3.0时赤泥的除磷效率与初始磷浓度的函数。如图4中所示，对于一定的赤泥剂量，除磷效率随着初始的磷浓度的增加而降低。这个结果预计是由于磷酸盐化合物的缓冲性能和上节所讨论的在溶液中的钙离子不足所导致的。3.4磷与赤泥质量之比的影响从上一节中，可以发现赤泥用量和初始磷浓度对于除磷效率都是有一定影响

15、的。因此，赤泥用量和初始磷浓度应该被一起考虑来研究除磷效率。磷与赤泥之比对于除磷效率和pHf的影响分别示于图5(a)和(b)中。最终的pH值和除磷效率之间的关系示于图5(C)中。从图5(b)中可以看出，pHf随着磷与赤泥比的增加而严格减少。正如前面所讨论的，足够量的钙离子和pH大于9是除磷效率高的必要条件。因此，除磷效率的下降是由于钙离子量低和pHf值小。结果发现，pH值为9是形成羟基磷灰石的一个临界值33。在Ca2+量减少而且磷与赤泥之比高达20时，磷的去除效率降低。在高磷和低pHi情况下，需要更多的赤泥被添加到水中才能达到令人满意的除磷效果。除磷效率（%）磷与赤泥质量之比（mg g-1）p

16、Hf磷与赤泥质量之比（mg g-1）除磷效率（%）pHf图5 磷与赤泥质量之比对于除磷效率（a）和pHf（b）的影响以及最终的pH值和去除效率之间的关系（c）3.5正交实验一个23完全正交实验（三个因素，在两个水平上）要作重要性评估和pHi、赤泥用量和初始磷浓度之间的相互作用。在这项研究中的反应变量是磷的去除效率和pHf。在这项工作中标记的因素从来没有同时使用正交实验进行研究，在以前每次实验程序中使用的一个变量都选择自己的角色。所有的结果用最小二乘法以随机顺序来执行以正确评价实验误差。这三个变量的矩阵是在两个层面（+1，-1）上变化。更高层次的变量被设计为“+”而下部水平被设计为“ - ”。在

17、本研究中为了表示的方便，选择的因素的值都设计在表3中。这个正交实验对于组合A，B和C所有可能的测试结果有8个。除磷效率（Y1）和pHf（Y2）的每一个测定的测试结果列于表4中。表3 23正交实验中所使用的因素和水平因素低水平 (1)高水平 (+1)磷酸根浓度, A (mg l-1 )2550赤泥用量, B (g l-1)0.251.5pHi, C3.07.0表4 除磷效率和pHf的实验设计矩阵和结果运行编号因素Y1Y2ABC1-1-1-115.27.421-1-18.86.93-11-197.610.9411-165.08.95-1-116.09.561-113.07.87-11190.112

18、.0811155.010.6选择相互作用的一阶模型以符合表4中的实验数据：Y = b0 + b1A + b2B + b3C + b12AB + b123ABC (1)其中，Y =预期的反应，bi =系数，A =磷浓度（mg l-1），B=赤泥剂量（g l-1）和C= pHi值。统计计算（t检验，F检验，方差分析（ANOVA）多元回归分析）使用Microsoft Excel进行。回归分析执行以适合反应函数（除磷效率和pHf）的实验数据（表5）。表5 除磷效率（Y1）和pHf（Y2）回归分析法的结果系数显著影响t值除磷效率（Y1）截距42.5950.230489A-9.6450.23048941.

19、8459B34.3350.230489148.9661C-4.0650.23048917.6364AB-7.2850.23048931.6068ABC-0.7450.2304893.23226pHf（Y2）截距9.25750.057581A0.70.05758112.1567B1.34750.05758123.40163C0.7350.05758112.76452AB0.140.0575812.43134ABC0.23250.0575814.037758表6 用一阶模型配件（ANOVA）回归分析磷的去除效率和pHf来源d.f.平方和均方F值除磷效率（Y1）模型510736.552147.315

20、052.494剩余20.850.425总计710737.4pHf（Y2）模型523.35714.67142176.1139剩余20.053050.026525总计723.41015在实验中研究的除磷效率（Y1）和pHf（Y2）的数学模型可以由分别用方程（2）及（3）表示。表6给出了使用模型来估计除磷效率和pHf作为磷的浓度、赤泥用量及pHi的函数的方差分析。回归是在95%的置信水平下统计的。该模型显示磷的去除效率（Y1）和pHf（Y2）的决定系数（R2 = 0.999，0.998）说明二者分别为99.9%和99.8%的变异反应。这是该模型很好地描述的证明，模型为：Y1 = 42.595 9.6

21、45A + 34.335B 4.065C 7.285AB 0.745ABC (2)Y2 = 9.2575 0.7A + 1.3475B + 0.735C 0.14AB + 0.2325ABC (3)正交实验结果表明，赤泥用量对磷的去除效率和pHf的影响是最大的。增加赤泥用量能够增加磷的去除效率和pHf。b2系数是模型方程中最大的正系数（参见方程（2）和（3）。众所周知，该系数越大，相关的参数的影响也越大。这个正符号还显示出参数和因变量有一个直接的关系。b1系数为Y1和Y2最大的负系数。如图3所示，在较低pH条件下，增加磷浓度会使除磷效率和pHf降低，而且它的增加会降低去除率。图6 磷浓度和赤泥

22、用量的相互作用（a）和 图7 磷浓度和赤泥用量的相互作用（a）和赤泥用量和pHi相互作用（b）对磷的去除效 赤泥用量和pHi相互作用（b）对pHf的影率的影响。球代表反应变量的一定重量和反 响。球代表反应变量的一定重量和反应变应变量的平均值。 量的平均值。方程（2）和（3）也能看出两个变量或三变量的相互作用显著。负极（AB）和正极（A，B，C）的相互作用的证据是非常强的，因此不能从模型中被忽略。图6和7表示出Y1和Y2的变量A，B，C之间可能的正和负的两变量的相互作用。在3.4节磷与赤泥用量比例的影响支持着这一结果。因为已经发现，磷与赤泥质量之比越低除磷效率就越高，即低磷、高赤泥剂量。研究结果

23、表明当反应条件初始磷浓度为25mg l1，赤泥剂量为1.5 g l1，pHi值为3.0时，除磷效率和pHf达到最佳值，分别为97.6%和10.9。4结论本研究的结果表明赤泥是一种从水溶液中去除磷酸盐有效的吸附剂。当初始pH值为3.0时，除磷效率随着红泥用量的增加而增加。最大效率除磷的理想的条件是足够量的钙离子和最终pH值大于9。作为这项研究的结果，我们发现赤泥用量对磷的去除效率和pHf产生最积极的影响。对于磷浓度，这个因素有很大的负面影响。pHi对除磷效率有负面影响而对于pHf有正面作用。磷浓度和赤泥用量之间的相互作用对磷的去除率和pHf有着显著影响。致谢本项研究工作是由国家财政关键技术RD项

24、目（2006BAJ08B00），国家高技术技术研发计划（863）科学技术部（2007AA06Z344）和公共行业研究国家环境保护（200709037）共同支持。作者感谢山东铝业有限责任公司研究所提供了赤泥。感谢编辑和那些匿名人士提出的有益的建议和启发性的意见。参考文献1 B.E. Rittmann, P.L. McCarty, Environmental Biotechnology: Principles and Applications, McGraw-Hill, Singapore, 2001.2 H.S. Altundogan, F. Tumen, Removal of phosphat

25、es from aqueous solutions by using bauxite. I. Effect of pH on the adsorption of various phosphates, J. Chem. Technol. Biotechnol. 77 (2002) 7785.3 H.S. Altundogan, F. Tumen, Removal of phosphates from aqueous solutions by using bauxite. II. The activation study, J. Chem. Technol. Biotechnol. 78 (20

26、03) 824833.4 D. Mulkerrins,A.D.W. Dobson, E. Colleran, Parameters affecting biological phosphate removal from wastewaters, Environ. Int. 2 (30) (2004) 249259.5 Y. Li, C. Liu, Z. Luan, X. Peng, C. Zhu, Z. Chen, Z. Zhang, J. Fan, Z. Jiaz, Phosphate removal from aqueous solutions using raw and activate

27、d red mud and fly ash, J. Hazard. Mater. B 137 (2006) 374383.6 K. Karageorgiou, M. Paschalis, G.N. Anastassakis, Removal of phosphate species from solution by adsorption onto calcite used as natural adsorbent, J. Hazard. Mater. A 139 (2007) 447452.7 R. Tsitouridou, J.A. Georgiou, A contribution to t

28、he study of phosphate sorption by three Greek fly ashes, Toxicol. Environ. Chem. 17 (1987) 129138.8 E. Galarnaeau, R. Gehr, Phosphorus removal from wastewaters: experimental and theoretical support for alternative mechanisms, Water Res. 31 (1997)328338.9 W.P. Tang, O. Shima, A. Ookubo, K. Ooi, A kin

29、etic study of phosphate adsorption by boehmite, J. Pharm. Sci. 86 (1997) 230235.10 B.B. Johnson, A.V. Ivanov, O.N. Antzutkin, W. Forsling, 31P nuclear magnetic resonance study of the adsorption of phosphate and phenyl phosphates on-Al2O3, Langmuir 18 (2002) 11041111.11 Z. Hongshao, R. Stanforth, Com

30、petitive adsorption of phosphate and arsenate on goethite, Environ. Sci. Technol. 35 (2001) 47534757.12 S.H. Lin, H.C. Kao, C.H. Cheng, R.S. Juang, An EXFAS study of the structures of copper and phosphate sorbed onto goethite, Colloids Surf. A 234 (2004)7175.13 R.S. Juang, J.Y. Chung, Equilibrium so

31、rption of heavymetals and phosphate from single- and binary-sorbate solutions on goethite, J. Colloid Interf. Sci. 275 (2004)5360.14 X. Huang, Intersection of isotherms for phosphate adsorption on hematite, J.Colloid Interf. Sci. 271 (2004) 296307.15 N.M. Agyei, C.A. Strydom, J.H. Potgieter, An inve

32、stigation of phosphate ion adsorption from aqueous solution by fly ash and slag, Cement Concrete Res.30 (2000) 823826.16 E. Oguz, Thermodynamic and kinetic investigations of PO43 adsorption on blast furnace slag, J. Colloid Interf. Sci. 281 (2005) 6267.17 H. Yamada, M. Kayama, K. Saito, M. Kara, A f

33、undamental research on phosphate removal by using slag,Water Res. 20 (1986) 547557.18 G. Akay, B. Keskinler, A. Cakici, U. Danis, Phosphate removal from water by red mud using crossflow microfiltration,Water Res. 32 (3) (1998) 717726.19 B. Koumanova, M. Drame, M. Pogangelova, Phosphate removal from

34、aqueous solutions using red mud wasted in bauxite Bayers process, Resour. Conserv.Recy. 19 (1997) 1120.20 E.W. Shin, J.S. Han, M. Jang, S.H. Min, J.K. Park, R.M. Rowell, Phosphate adsorption on aluminum-impregnated mesoporous silicates: surface structure and behavior of adsorbents, Environ. Sci. Tec

35、hnol. 38 (2004) 912917.21 T. Kasama, Y. Watanabe, H. Yamada, T. Murakami, Sorption of phosphates on Al-pillared smectites and mica at acidic to neutral pH, Appl. Clay Sci. 25 (2004)167177.22 D.S. Bhargava, S.B. Sheldarkar, Use of TNSAC in phosphate adsorption studies and relationships, literature, e

36、xperimental methodology, justification and effects of process variables,Water Res. 27 (1993) 303312.23 E. Oguz, A. Gürses, N. Canpolat, Removal of phosphate from wastewaters, Cement Concrete Res. 33 (8) (2003) 11091112.24 E. Poulin, J.F. Blais, G. Mercier, Transformation of red mud from alumini

37、um industry into a coagulant forwastewater treatment, Hydrometallurgy 92 (12)(2008) 1625.25 S.W. Zhang, C.J. Liu, Z.K. Luan, X.J. Peng, Arsenate removal from aqueous solutions using modified red mud, J. Hazard. Mater. 152 (2) (2008) 486492.26 Y. C engeloglu, E. Kr, M. Ersöz, Removal of fluoride from aqueous solution by using red mud, Sep. Purif. Technol. 28 (2002) 8186.27 V.K. Gupta, M. Gupta, S. Sharma, Process development for the removal of lead and chromium from aqueous solutions using redmudan aluminium industry waste,Water Res. 35 (5) (2001) 11251134.28 J. Pradhan, S.N. Das, R.S.