程一平 何珊 寧國鋒 薛瀟

摘要：通過實(shí)驗(yàn)研究天然沙粒對氨氮的吸附作用及其影響因素。研究對不同濃度的氨氮溶液，沙粒對其吸附影響。沙粒的粒徑減小, 對氨氮的吸附量增加;溫度升高有利于沙粒對氨氮、硝氮的吸附。

關(guān)鍵詞：沙粒吸附氨氮影響因素

The affectofnatural sandadsorptiontoammonia

Cheng Yiping, He Shan, ningguofeng, Xue Xiao

(Architecture and Civil Engineering,Beijing University Of Technology, Beijing,China 100124)

Abstract：Natural sand through experimental studies of ammonia adsorption and its influencing factors. The study of different concentrations of ammonia solution, grit their adsorption. Sand particle size decreases, the amount of ammonia adsorption; elevated temperatures conducive to sand adsorption of ammonia nitrogen, nitrate nitrogen.

Keyword：Natural sand; adsorption; ammonia; influencing factors

中圖分類號：X3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

由于人類對環(huán)境資源開發(fā)利用活動的日益增加, 特別是本世紀(jì)以來，工農(nóng)業(yè)大規(guī)模的發(fā)展，大量含氮、磷污染物的生活污水、工業(yè)廢水排入河流水庫中, 以及農(nóng)田灌溉中，導(dǎo)致了地表、地下水體的富營養(yǎng)化。因此, 含氮、磷廢水的處理對防治水體富營養(yǎng)化尤為重要。沙子是石英巖破碎后的產(chǎn)物，它的化學(xué)成分是二氧化硅。

1實(shí)驗(yàn)部分

1. 1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)沙粒為北京建筑工地天然沙粒, 樣品經(jīng)篩選選取0.5—1mm;1mm—2mm,2mm-5mm的沙粒備用,。

實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑碘化鉀、氯化汞、四水合酒石酸鉀鈉、氯化鈉、氯化銨、氫氧化鉀、氫氧化鈉、硫酸等均為分析純, 直接用超純水配制所需濃度的溶液。

1. 2 實(shí)驗(yàn)儀器

紫外可見分光光度計(jì);恒溫振蕩器。

分別在一系列250mL離心管中加入10g沙粒( 粒徑58~ 120mm) 和100mL不同氨氮質(zhì)量濃度的NH4Cl 溶液; 初始氨氮質(zhì)量濃度分別為6, 10, 15, 20,30, 40, 50, 60, 80和100mg/ L的NH4Cl溶液, 加塞后均在25℃下恒溫振蕩至吸附; 在100r/ min下離心10min后, 取上清液過0-45mm微孔濾膜, 用納氏試劑法測定濾液中氨氮濃度。

根據(jù)吸附前后氨氮的濃度差計(jì)算氨氮吸附量,

計(jì)算公式如下:

q= (C0- Ce)V/ M (1)

式中: q為沙粒吸附氨氮的質(zhì)量比, mg/ kg; C0為吸附前溶液氨氮的初始質(zhì)量濃度, mg/ L; Ce為吸附后溶液氨氮的質(zhì)量濃度, mg/ L; V 為取樣體積,mL; M為所取沙粒的質(zhì)量, g。

1. 3. 3 吸附影響因素

向一系列250mL錐形瓶中加入100mL氨氮溶液, 取氨氮初始質(zhì)量濃度為35mg/L加塞后在25℃恒溫振蕩后，取上清液過0 – 45mm微孔濾膜, 測定濾液中氨氮濃度,直至氨氮濃度不再減小。

2 結(jié)果與討論

2. 1 不同溫度下沙粒對氨氮吸附影響

氨氮吸附的過程與物質(zhì)濃度、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度3個(gè)參數(shù)緊密相連的。通過在不同溫度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 研究不同時(shí)間以及不同溶液濃度內(nèi)沙粒對氨氮的吸附量, 進(jìn)而得出反應(yīng)速率變化的規(guī)律。沙粒對氨氮的吸附量隨時(shí)間、溫度而變化見圖1。

圖1 不同溫度、不同時(shí)間下沙粒對氨氮的吸附曲線

沙粒對氨氮的吸附量都是隨著時(shí)間的增加而增加, 隨著溫度的升高而增加。在吸附反應(yīng)初始階段( 0~5h) , 沙粒對氨氮的吸附速率較大, 吸附量上升很快; 隨著吸附反應(yīng)的不斷進(jìn)行, 吸附速率降低, 吸附量上升幅度較小, 在5~10h后吸附基本達(dá)到平衡, 15℃、25℃和35℃下的吸附質(zhì)量比分別保持在110mg/ kg、130mg/ kg 和150mg/ kg左右。

2.2不同初始氨氮濃度對吸附的影響

實(shí)驗(yàn)中的初始氨氮質(zhì)量濃度分別為5mg/ L、10mg/ L、15mg/ L、20mg/ L和25mg/ L, 30mg/ L，35mg/ L，40mg/ L，45mg/ L，50mg/ L沙粒粒徑0.5-1mm, 用量為10g, 溫度t =25℃，均在振蕩12h后測量其濃度。

圖2 不同初始氨氮濃度對吸附的質(zhì)量比、去除率

隨著溶液初始氨氮濃度的升高, 沙粒對氨氮的吸附能力增強(qiáng),但增長速率呈緩慢下降的趨勢。初始氨氮濃度由5mg/L 增加到20mg/ L時(shí), 吸附質(zhì)量比由36.6mg/ kg 上升到112.8mg/ kg。氨氮去除率增加且呈增長的速率緩慢下降, 初始濃度由20mg/L增加到50mg/L時(shí), 吸附質(zhì)量比由112mg/L增加到158mg/L,增長平緩。初始濃度影響著液相和固相之間的接觸面積，濃度越大，固液間的推動力也越大, 因此初始氨氮濃度升高有利于提高沙粒的吸附能力, 但初始濃度過高會大大降低去除率。

2.3不同初始沙粒粒徑對吸附的影響

對于不同粒徑的沙粒，對氨氮吸附影響曲線圖如圖3所示

圖3不同粒徑的沙粒對氨氮吸附影響曲線圖

初始氨氮溶液濃度均為30mg/L，振蕩相同的時(shí)間，溫度在25℃,沙粒粒徑分別為0.5-1mm和1-2mm以及2-5mm沙粒的質(zhì)量均為10g。粒徑在0.5-1mm的沙粒對對氨氮的吸附質(zhì)量比高于粒徑為1-2mm的沙粒。結(jié)果表明, 隨著沙粒粒徑的減小, 沙粒對氨氮的吸附質(zhì)量比增大, 由2-5mm的沙粒吸附質(zhì)量比90mg/ kg增加到0.5-1mm沙粒吸附質(zhì)量比130mg/ kg。

質(zhì)量一定的固體沙粒，粒徑越小，固液接觸面積越大，越有利于提高吸附能力。

3結(jié)論

（1）對于25℃的常溫而言，在0—5h時(shí), 沙粒對氨氮的吸附速率加快, 吸附質(zhì)量比上迅速上升; 隨著吸附反應(yīng)的不斷進(jìn)行,在6—10時(shí)，吸附質(zhì)量比上升緩慢，吸附速率下降, , 在11h后吸附基本達(dá)到平衡, 吸附質(zhì)量比穩(wěn)定在150mg/ kg左右。

（2）15℃、25℃ 和35℃ 條件下, 天然沙粒對氨氮的吸附隨著溫度的身高有所提高，質(zhì)量吸附比增加。隨著沙粒粒徑的減小, 沙粒對氨氮的吸附質(zhì)量比顯著增加。

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