黃雅莉,郭 琳

(1. 江蘇久力環(huán)境股份科技有限公司贛州分公司,江西 贛州 341000；2.江西理工大學(xué) 江西省礦冶環(huán)境污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 贛州 341000)

處理氨氮水的方法很多，但對(duì)于不同類型、不同濃度的氨氮水，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)安全、應(yīng)用方便、處理高效、性能穩(wěn)定等方面來選擇合適的處理方法。對(duì)于低濃度氨氮水的處理方法主要有以下幾種：生物脫氮法[9-10]，高級(jí)氧化法[11-12]，折點(diǎn)氯化法[13-14]，離子交換法[15-16]及吸附法[17-23]。吸附法以其使用簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、可再生等特點(diǎn)而被廣泛用來處理低濃度氨氮水的方法，但是由于活性炭?jī)r(jià)格高而導(dǎo)致廢水處理成本高，因而限制了它們的大量應(yīng)用。沸石具有高效吸附氨氮的性能，由于其來源豐富，價(jià)格低廉，大大降低了低濃度氨氮水的處理費(fèi)用，因此，沸石吸附法處理低濃度氨氮水可能成為今后比較有競(jìng)爭(zhēng)力的一種處理方法。

1 實(shí)驗(yàn)方法與內(nèi)容

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)所采用的吸附材料為0.425 mm (40目)篩下天然沸石。

1.2 主要試劑與儀器

試劑：氯化銨，氯化鈉，酒石酸鉀鈉，碘化汞，碘化鉀，均為分析純。

儀器：WFJ-7200型可見光分光光度計(jì)(龍尼柯儀器有限公司)，SHA-C型水浴恒溫振蕩器(金壇市榮華儀器制造有限公司)，六聯(lián)恒溫?cái)嚢杵?常州朗越儀器制造有限公司)，PHS-25型雷磁pH計(jì)(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)，101A-3型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠)，JJ100B型電子分析天平(常熟市雙杰測(cè)試儀器廠)。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.3.1 氨氮含量的測(cè)定

采用納氏試劑分光光度法(HJ 535-2009)。

1.3.2 改性沸石處理氨氮廢水單因素實(shí)驗(yàn)

分別取100 mL濃度為50 mg/L的模擬氨氮水，分別考察溶液pH值、NaCl改性吸附劑投加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、初始氨氮濃度等因素，攪拌60 min，過濾后測(cè)其氨氮含量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 溶液pH值對(duì)處理效果的影響

分別取100 mL濃度為50mg/L的模擬氨氮水，依次將pH值調(diào)成3、4、5、6、7、8、9，并各加入0.5 g NaCl改性吸附劑，攪拌60 min，過濾后測(cè)其氨氮含量。NaCl改性沸石對(duì)模擬氨氮水的吸附效果隨溶液pH值變化關(guān)系如圖1所示。

圖1 不同pH值下改性沸石對(duì)模擬 氨氮水的氨氮去除效果的影響

2.2 吸附劑投加量對(duì)處理效果的影響

分別取100 mL濃度為50 mg/L的模擬氨氮水，依次投加NaCl改性吸附劑1、2、3、4、5、6、8、9、10 g/L，調(diào)節(jié)溶液pH值為6，攪拌60 min后過濾。NaCl改性沸石的投加量對(duì)模擬氨氮水的氨氮去除效果如圖2所示。

圖2 改性沸石的投加量對(duì)模擬 氨氮水的氨氮去除效果的影響

從上圖2可以看出，隨著改性吸附劑投加量的增加，氨氮的去除率也隨著增加，并且在從1 g/L增加至3 g/L時(shí)，氨氮去除率迅速增加，而在3 g/L至5 g/L時(shí)，增加緩慢，在投加量為5 g/L時(shí)達(dá)到82.5%，而在5 g/L之后略有增加但又更為緩慢。

2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)處理效果的影響

分別取100 mL濃度為50 mg/L的模擬氨氮水，依次加入0.5 g的NaCl改性吸附劑，調(diào)節(jié)溶液pH值為6，分別攪拌15、30、60、90、120、150、180 min后過濾。反應(yīng)時(shí)間對(duì)NaCl改性沸石吸附處理模擬氨氮水的氨氮去除影響如圖3。由圖3可得，在pH值等于6，模擬氨氮水初始濃度為50 mg/L，改性吸附劑投加0.5 g的條件下，當(dāng)吸附時(shí)間從15 min到90 min時(shí)，吸附速率較快，氨氮去除率從50.4 %增加到86.8 %左右。隨著反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，吸附趨于穩(wěn)定，改性吸附劑對(duì)模擬氨氮水的吸附率已無明顯影響，因此在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，改性吸附劑對(duì)模擬氨氮水的最佳反應(yīng)時(shí)間為90 min。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)模擬氨氮水 的氨氮去除效果的影響

2.4 反應(yīng)溫度對(duì)處理效果的影響

分別取100 mL濃度為50 mg/L的模擬氨氮水，依次加入0.5 g的NaCl改性吸附劑，調(diào)節(jié)溶液pH值為6，分別在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃溫度下下振蕩90min后過濾。反應(yīng)溫度對(duì)吸附處理效果的影響如圖4所示。由圖4可得，在pH值等于6，模擬氨氮水初始濃度為50 mg/L，反應(yīng)時(shí)間為90 min，改性吸附劑投加量為0.5 g的條件下，改變反應(yīng)的溫度，對(duì)吸附效果影響較大，隨著反應(yīng)溫度的增加，氨氮去除率從84.7%下降到74.6%左右。由此可知，改性反應(yīng)的溫度，會(huì)影響最終的吸附平衡。因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)中采用30℃下進(jìn)行。

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)模擬氨氮水 的氨氮去除效果的影響

2.5 初始氨氮濃度對(duì)處理效果的影響

圖5 氨氮初始濃度對(duì)模擬氨氮水的氨氮去除效果的影響

取100mL濃度分別為10，30，50，70，100，150，200 mg/L的模擬氨氮水，依次加入0.5 g的NaCl改性吸附劑，調(diào)節(jié)溶液pH值為6，攪拌90 min后過濾。氨氮水初始濃度對(duì)吸附處理效果的影響如圖5所示。

由圖5可得，在pH值等于6，改性吸附劑投加0.5 g，30℃下反應(yīng)90 min，模擬氨氮水的氨氮去除率隨著氨氮初始濃度的升高而下降。綜合考慮去除率及處理后的氨氮濃度要求，選用30 mg/L的氨氮水作為反應(yīng)的初始濃度。

2.6 吸附等溫線分析

圖6 Langmuir吸附等溫線

在一定溫度下，吸附質(zhì)的平衡濃度與吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附量之間的關(guān)系曲線可以用吸附等溫線模型來表示，較為常用的吸附等溫式有郎格繆爾(Langmuir)等溫式、費(fèi)羅因德利希(Freundlich)等溫式等。NaCl改性沸石吸附劑吸附不同初始氨氮達(dá)平衡后其相應(yīng)的Langmuir和Freundlich等溫線相關(guān)吸附等溫線參數(shù)擬合見表1。在30℃下，NaCl改性沸石吸附劑吸附不同初始氨氮達(dá)平衡后其相應(yīng)的Langmuir和Freundlich等溫線如圖6、7所示，相關(guān)吸附等溫線參數(shù)擬合見表1。

圖7 Freundich吸附等溫線 表1 NaCl改性沸石吸附氨氮的吸附等溫線擬合結(jié)果

Langmuir擬合Freundich擬合qm/(mg/g)b/(L/mg)R2KnR214.730.1520.99733.022.740.8438

從圖6、圖7和表1中可以看出，NaCl改性沸石吸附劑吸附氨氮的Langmuir吸附等溫線的線性相關(guān)系數(shù)要高于Freundlich吸附等溫線相關(guān)系數(shù)。因此，NaCl改性沸石吸附劑吸附氨氮更符合Langmuir等溫吸附模型，即其對(duì)氨氮的吸附屬于單分子層吸附。

2.7 吸附等溫線分析

靜態(tài)吸附容量是描述和預(yù)測(cè)改性沸石的吸附性能的重要指標(biāo)，因此可以根據(jù)改性沸石吸附前后樣品濃度的變化，選用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型來進(jìn)一步分析NaCl改性沸石吸附劑的吸附機(jī)理，研究吸附過程的控制機(jī)理和確定達(dá)到平衡的最短時(shí)間。

圖8 一級(jí)動(dòng)力學(xué)圖9 二級(jí)動(dòng)力學(xué) 表2 NaCl改性沸石吸附氨氮的動(dòng)力學(xué)擬合結(jié)果

由圖7及表2可以看出，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)NaCl改性沸石吸附氨氮的過程擬合相關(guān)系數(shù)較一級(jí)動(dòng)力學(xué)的高，并且計(jì)算得到的理論值吸附量更接近試驗(yàn)的，故NaCl改性沸石吸附氨氮的過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。

3 結(jié)論

NaCl改性沸石對(duì)模擬氨氮水的吸附反應(yīng)最佳條件為：室溫下，初始模擬氨氮水濃度為30 mg/L時(shí)，溶液pH值為6，吸附劑投加量5 g/L，反應(yīng)時(shí)間90 min，氨氮去除率達(dá)90.7%，吸附劑的吸附容量為8.97 mg/g。

NaCl改性沸石對(duì)模擬氨氮水的吸附等溫線學(xué)表明，NaCl改性沸石對(duì)模擬氨氮水的吸附更符合Langmuir等溫吸附模型，即其對(duì)氨氮的吸附屬于單分子層吸附。其相關(guān)系數(shù)為0.9973。

NaCl改性沸石對(duì)模擬氨氮水的吸附動(dòng)力學(xué)表明，NaCl改性沸石對(duì)模擬氨氮水的吸附符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，其相關(guān)系數(shù)為0.9988。

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