改性玉米芯對初期雨水的處理研究

李紅翠 曲艷萍 胡永花 范培迪

摘 要：玉米芯作為一種新興生物炭材料，具有較高的吸附活性。實驗選取該材料作為吸附劑，對初期雨水中的氨氮和COD進行吸附研究，經(jīng)酸、堿、鹽改性后，其吸附效果大大增強。實驗結(jié)果表明，用NaOH溶液改性玉米芯后吸附效果更好，進一步對PH值、溫度、時間、加投量四個影響實驗效果的因素進行探究，找到最佳反應條件。

關(guān)鍵詞：改性玉米芯；初期雨水；氨氮；COD

1 改性玉米芯處理初期雨水實驗原理

玉米芯的表面結(jié)構(gòu)多為片層狀結(jié)構(gòu)，炭化后呈較緊密的多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，比表面積增大，吸附效果明顯提升[1]。利用其多孔性結(jié)構(gòu)，可吸附雨水的氨氮與COD。其中，對氨氮的吸附屬于化學吸附，對COD的吸附多以物理吸附為主。玉米芯洗凈、烘干、碳化之后，可以進行酸、堿、鹽改性處理[2～5]，本文中探究改性處理之后，玉米芯處理雨水能力的提升。

2 預實驗

在預實驗中，探究反應時間、加投量、pH、反應溫度對未改性玉米芯吸附性能的影響。

取若干250mL錐形瓶，移取水樣25.00mL，加入未改性玉米芯0.500g，控制單一變量進行實驗。探究吸附氨氮時，反應結(jié)束后依次加入1.00mL酒石酸鉀鈉溶液與1.50mL納氏試劑[6～8]，混勻靜置10min后，于420nm處測吸光度[9]，計算去除率。探究吸附COD時，實驗結(jié)束后依次加入10.00mL H2SO4（3mol/L）與10.00mL KMnO4溶液（0.006mol/L），加熱煮沸10min后，加入10.00mL Na2C2O4溶液（0.05mol/L），用KMnO4溶液滴定，計算去除率。

反應時間、加投量、PH值、溫度對氨氮和COD的吸附效果如圖1至圖4所示。

3 正交實驗

3.1 處理初期雨水中的氨氮

在實際的水污染處理過程中，各個因素聯(lián)合發(fā)揮作用，參考與實驗得到的最佳實驗條件，設置正交因素水平如表1：

3.2 處理初期雨水中的COD

分析與實驗的結(jié)論，可知在處理COD時，最佳反應時間為40min，最佳投加量為0.050g，最佳pH值為11.00，最佳溫度為35℃。設置正交實驗，找到組合時最佳的反應條件。其正交因素水平如表2：

4 實驗結(jié)果與討論

4.1 處理初期雨水氨氮的研究

分析表3數(shù)據(jù)，酸改性中，改性玉米芯投加量為關(guān)鍵因素，堿改性中，反應時間為關(guān)鍵因素，鹽改性中，溶液pH為關(guān)鍵因素。對比三種改性玉米芯實驗數(shù)據(jù)可知，改性玉米芯對氨氮的處理效果普遍高于未改性玉米芯。因為通過改性，玉米芯的表面由原先的片層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楦泳o密的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，孔隙增大，比表面積相應變大，因此去除率上升。改性玉米芯對氨氮的處理中，堿改性較好。因為堿改性過程中，玉米芯表面發(fā)生了堿性解離，使得其帶負電，而水中的氨氮因得到質(zhì)子而帶正電，增強了吸附劑與吸附質(zhì)之間的黏附作用，從而提高了玉米芯對氨氮的去除效果[10]。

4.2 處理初期雨水COD的研究

分析表4數(shù)據(jù)，酸改性和堿改性中玉米芯投加量為關(guān)鍵因素，鹽改性中溶液pH值為關(guān)鍵因素。對比三種改性玉米芯實驗數(shù)據(jù)可知，改性玉米芯對COD的處理效果普遍高于未改性玉米芯，堿改性吸附效果最好，原因與吸附氨氮的實驗相同。其中，投加量與反應溫度是吸附效果好壞的關(guān)鍵，而反應時間對吸附效果的影響不大。因為在吸附過程中，溫度升高，玉米芯表面受熱膨脹，空隙增大，比表面積增加，對COD的吸附效果提升。

5 小結(jié)

玉米芯作為一種新興生物炭材料，具體較高的吸附活性，實驗選取該材料作為吸附劑，并對其進行酸、堿、鹽改性，增大其吸附活性。通過正交實驗研究改性玉米芯對氨氮與COD的處理效果?？偨Y(jié)如下：

1）通過對雨水氨氮與COD的處理結(jié)果可以得出，改性玉米芯的處理效果普遍高于未改性玉米芯。

2）通過不同濃度梯度的正交實驗對比，酸、堿、鹽的改性中，用0.25mol/L的堿改性對雨水氨氮以及COD的去除都有良好效果。

3）在關(guān)鍵與重要因素的分析中，未改性時，反應溫度占據(jù)很大比例。而在改性后，反應時間與玉米芯投加量為重要因素，達到了改性的預期目的。

參考文獻

[1]彭藍艷.城市污泥與養(yǎng)殖廢水資源化制備生物絮凝劑[D].湖南大學，2014.

[2]馬奎山.皂河人工濕地脫氮效果分析[D].西安建筑科技大學，2013.

[3]盧玉環(huán)，王紅.色度對納氏試劑比色法測定水體中氨氮的影響及消除方法[D].科技資訊，2010.

[4]王娟.硝化細菌的篩選及其降解特性的初步研究[D].西南交通大學，2006.

[5]王海濤，蘭建偉，楊國棟.非活體生物質(zhì)對含鉻廢水的吸附研究[D].環(huán)境科技，2009.

[6]宗剛，白笑晨，曹鵬華.混凝沉降法及Fenton氧化法預處理脫模劑廢水的研究[D].西安工程大學學報，2013.

[7]狄軍貞，戴男男，朱志濤，等.阜新麥飯石及其改性吸附Mn2+和NH4+-N的特性試驗[D].遼寧工程技術(shù)大學建筑工程學院，2014.

[8]覃旻.廣州市自來水高亞硝酸鹽氮生物模式及降低措施的實驗研究[D].第一軍醫(yī)大學，2004.

[9]曾德芳，秦雯，張水生，等.一種處理長江水的新型自來水絮凝劑[D].南通大學學報（自然科學版），2011.

[10]王文超.片沸石顆粒吸附劑的制備及在氨氮廢水處理中的應用[D].武漢理工大學，2014.

作者簡介

李紅翠（1989-），女，漢族，山東泰安人，齊魯理工學院 化學與生物工程學院，碩士，講師，研究方向：污水處理。