改性沸石吸附處理氨氮廢水試驗研究

鄧書平

（遼寧石油化工大學職業技術學院，遼寧 撫順 113001）

改性沸石吸附處理氨氮廢水試驗研究

鄧書平

（遼寧石油化工大學職業技術學院，遼寧 撫順 113001）

在靜態條件下研究了改性沸石對氨氮的吸附特性，考察了不同條件下改性沸石對含氨氮廢水的處理能力。結果表明：熱改性溫度為500℃、pH值為7、改性沸石加入量為30g/L、吸附時間120min條件下，改性沸石對氨氮的去除率可達95%以上。

氨氮；沸石；吸附；廢水

大量含氮肥料的生產使用以及工業和城市生活污水，是造成水體富營養化直接原因，所以廢水中氮含量的控制日漸受到社會的重視。除氮的方法常用離子交換、吹脫法、吸附法和生物法等[1]，然而這些方法都存在除氨氮周期長、氨氮難以徹底去除等問題。因此，經濟而有效地控制氮污染已成為近年來亟待解決的熱點問題。

沸石空間最基本的結構單位是硅氧四面體和鋁氧四面體。我國已發現的沸石儲量約在100億t以上，資源豐富，利用沸石處理廢水中的氨氮是一種有前景的方法。

本文采用高溫焙燒、硫酸和NaCl改性沸石，將其制備成具有較強吸附能力的吸附劑，并研究經改性后的沸石在不同條件下對氨氮離子的吸附性能。試驗結果表明酸和NaCl改性后的沸石對氨氮具有吸附性能高、污泥產生量少等優點。

1 材料及方法

1.1 材料

試驗用原料：宜興天然沸石，其化學成分(質量分數)如表1所示。

1.2 儀器及試劑

儀器：JD-3多功能電子天平、7230G型分光光度計、磁力攪拌器、水浴鍋、pH-25酸度計、烘箱等。

表1 天然沸石成分

試劑：碘化鉀、碘化汞、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、鹽酸、氯化鈉和氯化銨等均為分析純，用蒸餾水將NH4Cl配制成濃度為12.47mg/L的標準液作為模擬含氨氮廢水。

1.3 改性沸石的制備

1.3.1 熱改性

分別稱取一定量沸石于300、400、500、600、700℃在馬弗爐中灼燒2h，再放置于干燥器中冷卻備用。

1.3.2 酸改性

分別稱取一定量沸石，向其中加入1mol/L的稀硫酸中浸泡24h，然后過濾、洗至中性，于103～105℃下烘干備用。

1.3.3 堿改性

分別稱取一定量沸石，向其中加入1mol/L氫氧化鈉溶液中浸泡2h，過濾、洗至中性，于103～105℃下烘干備用。

1.3.4 酸和氯化鈉改性沸石

將沸石在500℃煅燒2h，然后將其研磨，再向其中加入1mol/L的稀硫酸和飽和一定濃度的氯化鈉溶液，攪拌6h，再用蒸餾水洗滌至中性，在103～105℃烘干，并研磨過100目篩[2]，備用。

1.4 吸附試驗

向燒杯中加入一定體積、一定濃度的含氨廢水，調節pH值，再加入一定量改性沸石，將其置于恒溫搖床中振蕩吸附，經0.45μm濾膜過濾后，取濾液用納氏試劑分光光度法于410～425nm處測定吸光度，按如下公式計算廢水中氨氮的去除率，并考察pH值、吸附時間、沸石用量等各種因素對吸附效果的影響[3]。

式中：η為去除率(%)；C0為處理前廢水中氨氮濃度(mg/L)；C1為處理后廢水中氨氮濃度(mg/L)。

2 結果與討論

2.1 不同焙燒溫度改性沸石后對氨氮去除率的影響

分別稱取5份5g天然沸石在300、400、500、600、700℃條件下于馬弗爐中灼燒2h，考察天然沸石經不同焙燒溫度改性后對氨氮去除效果的影響(見圖1)。

結果表明：天然沸石隨著初始焙燒溫度的增加對氨氮的去除率增加。原因是焙燒可清除沸石孔穴和孔道中的水和有機物等，使孔道更暢通，有助于離子擴散和吸附。天然沸石最佳熱改性溫度為500℃，而在溫度超過500℃后，沸石內部結構隨著溫度升高遭到破壞程度加重，不利于離子擴散和吸附，結果造成沸石對氨氮的去除能力降低。因此，為提高天然沸石對氨氮的處理能力，在進行其他方式改性前都將天然沸石置于500℃的馬弗爐中焙燒改性2h。

2.2 不同改性沸石與去除率的關系

準確稱取熱改性沸石、酸改性沸石、堿改性沸石和酸+NaCl改性沸石各5g于100mL試驗廢水中，考察不同吸附材料對氨氮吸附效果，結果如表2所示。

表2 不同吸附材料對氨氮吸附效果

由表2可知，酸+NaCl改性沸石對氨氮的去除率最高，達到95.5%，酸改性次之，天然沸石和堿改性沸石對氨氮去除率較前兩種改性沸石有所下降。原因是天然沸石的某些孔道被堵塞而不能吸附，經過酸處理后可溶解雜質被清理，孔道疏通，并將難交換離子部分置換出來，有效地提高了沸石的比表面積，因此對氨氮的去除效果較天然沸石和堿改性沸石高。另外純酸改性沸石對氨氮的去除效果略低于酸+NaCl改性沸石，原因是如果沸石只單純被酸改性時，H+會占據沸石結晶中的部分吸附活性中心，在吸附水中氨氮過程中，與存在競爭吸附，影響了沸石對氨氮的去除效果。因此，試驗選用酸+NaCl改性沸石為吸附材料。

2.3 吸附時間對氨氮去除效果的影響

準確稱取6份各5g的酸+NaCl改性沸石置于盛有100mL試驗廢水中，進行攪拌吸附，考察不同吸附時間對氨氮去除效果，結果如圖2所示。

由圖2可知，在吸附初始階段，隨著吸附時間的增加，氨氮的去除率快速升高，當吸附進行120min后趨于平衡，此時改性沸石對氨氮的去除率達到95.6%，因此，試驗選擇吸附時間為120min。

2.4 pH值對氨氮去除效果的影響

準確稱取7份各5g的酸+NaCl改性沸石，置于盛有100mL試驗廢水中，調整溶液的pH值，攪拌吸附2h。考察不同pH值環境下改性沸石對氨氮去除率[4]，結果如圖3所示。

結果表明，當pH值為2時，由于此時廢水的pH值較低，水中H+濃度較高，H+離子與離子產生交換競爭，影響了改性沸石對離子的吸附，所以此時廢水中氨氮的去除率較低。當廢水pH值從2升高到7時，隨著溶液pH值的升高，廢水中H+濃度逐漸下降，H+離子和離子交換競爭逐漸減弱，改性沸石對氨氮的吸附能力逐漸增強，因此廢水中氨氮去除率逐漸上升。當廢水pH值接近7時，水中主要表現為改性沸石對的交換吸附，因而此時對氨氮去除率最高。而當pH值繼續升高，廢水中離子會和水中的OH-離子結合形成游離不帶電的NH3，因而不易與沸石中的Na+發生離子交換，降低了沸石對的去除率，所以試驗選擇的最佳pH值為7。

2.5 投加量對改性沸石脫氨氮效果的影響

準確稱取6份不等量酸+NaCl改性沸石，置于盛有100mL試驗廢水中，調整溶液的pH值，攪拌2h。考察不等量沸石對氨氮去除效果，如圖4所示[5]。

從圖4可以看出，酸+NaCl改性沸石投加量在0.5～3.0g時，對氨氮的去除率隨沸石投加量的增加而增長。當酸+NaCl改性沸石投加量達到3.0g后，對氨氮的去除率逐漸趨于平穩，此時酸+NaCl改性沸石對氨氮的去除率在95%以上。

3 結論

(1) 適當溫度焙燒改性可清除天然沸石孔穴和孔道中的水和有機物等，使孔道更暢通，有助于離子擴散和吸附。天然沸石在500℃條件下焙燒時對氨氮的去除效率較高。

(2) 酸+NaCl改性沸石對氨氮的去除率最高，酸改性次之，天然沸石和堿改性沸石對氨氮去除率較前兩種有所下降。

(3) 當pH值為7、改性沸石投入量為30g/L、吸附時間120min時，酸+NaCl改性沸石對氨氮的去除率可達95%以上。

(4) 利用改性沸石作吸附劑處理氨氮廢水具有高效、經濟、簡便等優點，因此是一種應用前景很廣闊的廢水處理方法。

[1]戴雙林,王榮昌,趙建夫.改性沸石去除廢水中氮和磷的機理與應用[J].凈水技術,2011,30(6):53-57.

[2]馮靈芝,買文寧,吳連成.沸石改性吸附氨氮的試驗研究[J].河南科學,2006,24(2):294-295.

[3]李曄,肖文浚,彭長琪.沸石改性及其對氨氮廢水處理效果的研究[J].非金屬礦,2003,26(2):53-55.

[4]丁仕瓊,王東田,黃夢瓊,等.沸石的改性及其去除水中氨氮的研究[J].蘇州科技學院學報(自然科學版),2010,27(2):33-36.

[5]王昌南,周榮敏,閆越,等.天然沸石的脫氮除磷研究[J].工業用水與廢水,2011,42(3):60-63.

Study on Adsorption Treatment of Wastewater Containing Ammonia Nitrogen With Zeolit

DENG Shu-ping
(Vocational and Technical College, Liaoning University of Petroleum ＆ Chemical Technology, Fushun 113001, China)

The adsorption characteristics of ammonia nitrogen by modified zeolite were studied under the static state. The treat capacity to wastewater containing ammonia nitrogen modified zeolite is researched under diferent conditions. The results show that Thermal modification temperature is 500℃, the removal rate of ammonia nitrogen can be 95% with the pH 7, the dosage of modified bentonite is 30g/L and the contacting time is 120min.

ammonia nitrogen; zeolite; adsorption; wastewater

X703.1;P578.974

A

1007-9386(2012)05-0043-03

2012-05-18