王 琦， 田 媛， 馬昆倫， 劉效蘭

(北京工商大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院， 北京 100048)

由于世界人口增長和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量生活污水和工業(yè)廢水排入天然水體，污染了水源地，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，使可使用的水資源日益減少. 目前，去除水中氨氮的方法主要有物理化學(xué)法和生物法. 其中物理化學(xué)法包括吹脫法、電吸附法、超聲波法等，而生物脫氮法主要是利用微生物的硝化、反硝化作用去除多種含氮化合物[1]. 吹脫法適合處理高濃度氨氮廢水，但去除率受溫度的影響[2]；生物法工藝較復(fù)雜，運(yùn)行麻煩，費(fèi)用較高，受溫度和有毒物質(zhì)的影響較大[3]； 膜生物反應(yīng)器處理效果好，流程簡單，設(shè)備少，占地小,但處理量較小[4]； F.F復(fù)合分子篩是一種新型的材料，有很好的氨氮去除效果，并且價(jià)格便宜，使用方便,可重復(fù)使用[5-10]. 本研究通過實(shí)驗(yàn)室的模擬，研究了分子篩對(duì)水中氨氮的去除效果及其影響因素，并對(duì)吸附機(jī)理進(jìn)行了初步探討，為分子篩除氨氮的可行性和實(shí)用性提供了一定的依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

新型F.F復(fù)活分子篩，以下簡稱分子篩，比表面積大于800 m2，粒徑一般為0.4～2.0 mm，堆積密度為0.8～1.0 g/cm3. 通過x衍射測(cè)定，這種分子篩是一種鋁硅酸鹽礦物，主要含有Si，Al，Na，Ca等元素以及少量的Sr，Ba，K，Mg等金屬.

1.2 試驗(yàn)方法

采用靜態(tài)試驗(yàn)的方法，利用恒溫振蕩器對(duì)分子篩的吸附性能和影響因素進(jìn)行分析.

處理水：由氯化銨與去離子水配置；

測(cè)定方法：納氏試劑比色法(GB7479—87).

2 結(jié)果與分析

2.1 分子篩粒徑大小對(duì)氨氮去除效果的影響

分別選取3種粒徑的分子篩各4 g，向其中加入100 mL氨氮濃度為5 mg/L的模擬污水，然后放置在恒溫振蕩器內(nèi)，在室溫、轉(zhuǎn)速為120 r/min的條件下進(jìn)行震蕩，得到的靜態(tài)吸附試驗(yàn)結(jié)果見圖1.

圖1 分子篩粒徑對(duì)氨氮去除效果的影響Fig.1 Effect of diameter on NH3-N removal efficiency

由圖1可知，分子篩對(duì)水中氨氮的去除效果，隨粒徑的增大而減少. 粒徑小于0.9 mm時(shí)，去除率達(dá)80%；當(dāng)粒徑為0.9～2.0 mm時(shí)，去除率為78%；當(dāng)粒徑大于2 mm時(shí)，去除率僅為70%. 分子篩去除氨氮主要是依靠分子間色散力和大量的孔道，當(dāng)粒徑較小時(shí)，相同質(zhì)量分子篩比表面積越大，孔徑也更多，所以去除率同使用較大粒徑時(shí)相比要高.

2.2 分子篩質(zhì)量對(duì)氨氮去除效果的影響

將不同質(zhì)量分子篩沸石加入100 mL，5 mg/L模擬含氨氮水中，放入恒溫振蕩器內(nèi)，結(jié)果見圖2.

圖2 分子篩質(zhì)量對(duì)氨氮去除效果的影響Fig.2 Effect of mass on NH3-N removal efficiency

2.3 停留時(shí)間對(duì)氨氮去除效果的影響

圖3 停留時(shí)間對(duì)氨氮去除效果的影響Fig.3 Effect of time on NH3-N removal efficiency

2.4 pH值對(duì)氨氮去除效果的影響

配置若干份濃度為5 mg/L的模擬污水，用稀鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值，分別加入4 g分子篩，測(cè)定不同pH值對(duì)氨氮去除效果的影響，結(jié)果如圖4.

圖4 pH值對(duì)氨氮去除效果的影響Fig.4 Effect of pH on NH3-N removal efficiency

2.5 溫度對(duì)氨氮去除效果的影響

配置若干份100 mL，5 mg/L的模擬污水，分別加入4 g分子篩，在不同的溫度下進(jìn)行恒溫振蕩，測(cè)定溫度對(duì)氨氮去除效果的影響，結(jié)果如圖5.

圖5 溫度對(duì)氨氮去除效果的影響Fig.5 Effect of temperature on NH3-N removal efficiency

圖5顯示了氨氮的去除效果隨溫度變化趨勢(shì). 隨溫度增加，氨氮的去除率逐漸上升，當(dāng)溫度為20 ℃時(shí)，分子篩對(duì)氨氮的去除率為80%；當(dāng)溫度升高到60 ℃時(shí)，氨氮的去除率達(dá)到84%. 溫度升高后溶液中布朗運(yùn)動(dòng)增大，氨離子活度增強(qiáng)，更利于進(jìn)入分子篩表面的孔徑和通道，同時(shí)溫度升高，水中氨更易揮發(fā)，導(dǎo)致氨氮去除率的上升.

3 分子篩機(jī)理分析

分子篩表面具有色散力和負(fù)電荷，通過色散力吸附溶液中的NH4+，降低NH4+和分子篩的表面距離，然后表面負(fù)電荷與NH4+產(chǎn)生靜電吸附力，吸引陽離子前來中和負(fù)電性. 并且分子篩有大量的孔隙和孔道，比表面積大，活性高，在毛細(xì)力作用下，NH4+進(jìn)入分子篩的孔道內(nèi)，并與Na+發(fā)生離子交換作用，從而達(dá)到去除水中氨氮的目的[5].

4 結(jié) 論

分子篩對(duì)水中氨氮的去除率隨著分子篩粒徑的減小而增加；分子篩質(zhì)量與氨氮的去除率呈正相關(guān)，當(dāng)分子篩質(zhì)量為4 g時(shí)，對(duì)100 mL，5 mg/L的模擬氨氮水的去除率達(dá)到了80%，質(zhì)量超過4 g后隨質(zhì)量的增加去除率變化較?。话钡コ孰S停留時(shí)間的增加而增加，反應(yīng)到40 min時(shí)基本達(dá)到了吸附平衡；在弱酸性和堿性條件下氨氮去除率有所增加，均超過90%；氨氮的去除效果隨溫度的升高而上升.