孫菱翎 霍建利 秦佳歡 趙微微 黃欣桐 王克元 張志敏

摘要：本實(shí)驗(yàn)以粉煤灰為吸附劑，探究不同的氨氮初始濃度、粉煤灰用量、pH、反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間下對(duì)氨氮吸附率的影響，并研究了其吸附性能.結(jié)論如下：初始氨氮濃度為200mg/L，粉煤灰加入量為4g，pH為9，反應(yīng)溫度為30℃，反應(yīng)時(shí)間30min，吸附率達(dá)到68.27%.符合Freundlich型等溫吸附.

關(guān)鍵詞：氨氮廢水;吸附;粉煤灰

中圖分類號(hào)：O647.3;X703? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）04-0038-04

引言

近年來(lái)，隨著化學(xué)工業(yè)與制造業(yè)等的日益興盛，許多工廠的氨氮廢水排放量不斷增多[1]，使得人們賴以生存的大氣、土壤、淡水等污染越發(fā)嚴(yán)重.除此之外，還包括部分生活污水、汽車(chē)尾氣及動(dòng)物排泄物等也會(huì)產(chǎn)生氨氮.氨氮主要以NH3或NH4+的形式存在[2]，氨氮廢水的超量排放使全球環(huán)境污染日趨嚴(yán)重.主要表現(xiàn)在淡水富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的赤潮方面[3-4].所以，開(kāi)發(fā)高效的吸附劑以降低廢水中的氨氮是治理環(huán)境污染的重要任務(wù)之一[5].

目前，具有吸附性物質(zhì)很多，包括蒙脫土，活性炭，粉煤灰等等.其中，粉煤灰具有吸附性好，來(lái)源方便，價(jià)格低廉等的特點(diǎn)[6-13]，我國(guó)作為煤炭?jī)?chǔ)量大國(guó)，而且又是生活工業(yè)用煤大國(guó)，每年都會(huì)產(chǎn)生大量的粉煤灰，如果不及時(shí)處理長(zhǎng)期堆放，經(jīng)風(fēng)吹散也會(huì)造成霧霾等天氣.因此，可以利用粉煤灰作為吸附氨氮廢水中氨氮的吸附劑，變廢為寶、變害為利[14]，解決河流、空氣、土壤中的污染問(wèn)題[15-16].

本實(shí)驗(yàn)采用赤峰學(xué)院供暖鍋爐房產(chǎn)生的粉煤灰作為吸附劑，在不同條件下吸附廢水中的氨氮.得出較優(yōu)的操作條件（氨氮初始濃度、粉煤灰用量、溫度、pH、反應(yīng)時(shí)間），并考查等溫吸附模型.通過(guò)氨氮吸附從而更大幅度的降低廢水中氨氮的濃度，減少污染物排放，保護(hù)環(huán)境[17].

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)步驟

第一步，用氯化銨配制一系列濃度梯度的氨氮廢水，通過(guò)分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定計(jì)算分析，作氨氮濃度與吸光度之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線.

第二步，進(jìn)行因素實(shí)驗(yàn)，研究不同氨氮初始濃度、粉煤灰用量、溫度、pH值、反應(yīng)時(shí)間對(duì)氨氮吸附的影響.

第三步，通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)較佳吸附條件，探討粉煤灰對(duì)氨氮吸附的等溫吸附性能.

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

1.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑

1.3 氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別配制0、0.1、0.2、0.6、1.0、1.4mg/L的氨氮標(biāo)準(zhǔn)使用液，采用納氏試劑光度法[18]測(cè)定其吸光度，得出氨氮濃度與吸光度之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如下圖1.氨氮含量與吸光度的關(guān)系是：

y=0.368x+0.031，R2=0.9938? （1—1）

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 初始氨氮濃度對(duì)氨氮吸附率的影響

選用pH為9、吸附反應(yīng)時(shí)間30min、氨氮吸附劑為5g、溫度為室溫20℃，考查不同初始濃度對(duì)氨氮吸附率的影響.

由圖2可知，隨著氨氮初始濃度的增加，氨氮吸附率逐漸減低.這是因?yàn)榉勖夯业挠昧抗潭?，在氨氮濃度增加的情況下，粉煤灰與氨氮接觸機(jī)會(huì)降低，使得吸附率降低.當(dāng)氨氮含量達(dá)到200.00mg/L，已經(jīng)吸附廢水中大部分氨氮化合物，降低了廢水中氨氮的濃度，對(duì)于一般含較高濃度氨氮的工業(yè)污水與生活污水有了初步的吸附效果.因此，為了方便研究，后續(xù)實(shí)驗(yàn)均采用氨氮初始濃度為200mg/L的廢水進(jìn)行研究.

2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)氨氮吸附率的影響

選用氨氮初始濃度為200mg/L，pH為9、氨氮吸附劑為5g、溫度為室溫20℃，考查不同反應(yīng)溫度對(duì)氨氮吸附率的影響.

由圖3可以得出，不斷加長(zhǎng)攪拌時(shí)間，吸附效率剛開(kāi)始直線上升，攪拌達(dá)到30分鐘以后，吸附效率基本趨于平緩.是因?yàn)閯傞_(kāi)始大量的粉煤灰可以與廢水中的氨氮充分接觸，快速吸附氨氮，30分鐘以后，粉煤灰對(duì)氨氮的吸附基本達(dá)到了飽和.再增加反應(yīng)攪拌時(shí)間對(duì)氨氮的吸附性所起到的效果不明顯.所以，后續(xù)研究均采用反應(yīng)時(shí)間為30分鐘.

2.3 粉煤灰用量對(duì)吸附率的影響

選用氨氮初始濃度為200mg/L，pH為9、吸附反應(yīng)時(shí)間30min、溫度為室溫20℃，考查不同反應(yīng)用量對(duì)氨氮吸附率的影響.

由圖4可以得出，吸附劑投入量的不斷加大，吸附劑對(duì)氨氮污水的吸附率開(kāi)始進(jìn)一步升高，當(dāng)加入吸附劑4g時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，吸附率上升趨于緩慢.這是因?yàn)殚_(kāi)始加入少量粉煤灰，與廢水中的氨氮結(jié)合不足，而當(dāng)煤灰量增加后，吸附率迅速增加，而當(dāng)粉煤灰為4g后，氨氮吸附已經(jīng)趨于飽和，進(jìn)一步加大吸附劑的投入量，吸附效果不明顯.所以，后續(xù)實(shí)驗(yàn)采用吸附劑投入量4g.

2.4 pH對(duì)吸附效果的影響

選用氨氮初始濃度為200mg/L，氨氮吸附劑為5g、吸附反應(yīng)時(shí)間30min、溫度為室溫20℃，考查不同pH對(duì)氨氮吸附率的影響.

從圖5可以得出，隨著pH的不斷升高，氨氮吸附率開(kāi)始緩慢升高后快速降低，pH值為9時(shí)，粉煤灰的吸附率達(dá)最大值.這是因?yàn)?，粉煤灰的吸附能力大的環(huán)境是在偏堿性環(huán)境下的，pH值太大或者太小時(shí)，造成粉煤灰與已經(jīng)吸附的氨氮進(jìn)一步解離，進(jìn)而影響吸附能力.因此，選擇較佳的pH值為9.

2.5 反應(yīng)溫度對(duì)吸附效果的影響

選用氨氮初始濃度為200mg/L，氨氮吸附劑為5g、吸附反應(yīng)時(shí)間30min、pH為9，考查不同反應(yīng)溫度對(duì)氨氮吸附率的影響.

由圖6可以得出，隨著反應(yīng)溫度的提高，吸附劑對(duì)氨氮吸附率先升高后逐漸降低，當(dāng)反應(yīng)溫度在30℃時(shí)，氨氮吸附率達(dá)到最高值.這是因?yàn)槲椒磻?yīng)易在低溫下進(jìn)行，升溫導(dǎo)致分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，不易與粉煤灰接觸，吸附性下降.因此，較優(yōu)的吸附溫度是30℃.

2.6 吸附等溫線實(shí)驗(yàn)

在不同濃度氨氮廢水中各投入4g吸附劑，pH為9，在30℃的條件下反應(yīng)30分鐘，得出吸附達(dá)到平衡時(shí)的最終吸附量及平衡液中氨氮?dú)埩袅?采用Langmuir與Freundlich公式[19]其等溫吸附能力.

Langmuir等溫吸附方程：

Freundlich等溫吸附方程：

采用Langmuir公式進(jìn)行作圖，得到的趨勢(shì)線如圖7所示，得到方程式為：

1/Q=0.5167*1/C+0.0031，R2=0.9288? （2-3）

同理，采用Freundlich等溫吸附擬合，結(jié)果為圖8，方程式為：

lgQ=0.4955*lgC+1.0659，R2=0.9604? （2-4）

從上述兩幅圖分析可以得出，F(xiàn)reundlich吸附線上的點(diǎn)回歸性相對(duì)較好，具有更明顯的線性關(guān)系.因此，粉煤灰吸附性能更吻合Freundlich型吸附.其方程式的系數(shù)為0.4955，且系數(shù)在0.1至0.5的區(qū)間[20]，表示具有吸附能力.所以，粉煤灰作為廢水中氨氮的吸附劑是可行的.

3 結(jié)論

通過(guò)采用粉煤灰吸附廢水中的氨氮.得出結(jié)論如下：

（1）實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究不同氨氮初始濃度、粉煤灰用量、pH值、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度得出了較優(yōu)的反應(yīng)條件，氨氮初始濃度為200mg/L，粉煤灰用量為4g，pH為9，溫度為30℃，反應(yīng)時(shí)間為30min，吸附率達(dá)到68.27%;符合Freundlich型等溫吸附.

（2）粉煤灰作為氨氮吸附劑可行，可為此方面的研究提供一定的理論依據(jù)，在減少環(huán)境中氨氮的污染方面有一定的實(shí)際作用，在今后的研究中，開(kāi)發(fā)一些改性的粉煤灰用來(lái)提高其吸附性能具有廣闊的前景.

參考文獻(xiàn)：

〔1〕葉輝，許建華.飲用水中的氨氮問(wèn)題[J].中國(guó)給水排水，2000，16（11）：31-32.

〔2〕錢(qián)福國(guó)，陳天虎，瞿麗.安徽宣城天然斜發(fā)沸石深度處理氨氮廢水研究[J].非金屬礦，2014（31）：1-2.

〔3〕陳水勇，吳振明，俞偉波，等.水體富營(yíng)養(yǎng)化的形成、危害和防治[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，13（17）：51-53.

〔4〕王淑芳.水體富營(yíng)養(yǎng)化及其防治[J].遺傳學(xué)報(bào)，1999，14（4）：41-42.

〔5〕王麗梅，齊麗歡，孫勝利.氨氮廢水處理技術(shù)[J].全國(guó)氨氮污染控制技術(shù)高峰論壇，2011（17）：83-84.

〔6〕閆毓霞，王志強(qiáng).利用粉煤灰處理采油廢水的研究[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2012，12（1）：17-19.

〔7〕郝志濤，吳靜，陸正禹，等.粉煤灰對(duì)采油廢水中污染物質(zhì)的吸附研究[J].化工環(huán)保，2004（24）：341-342.

〔8〕楊麗芳，胡友彪.粉煤灰處理含氨氮廢水的研究[J].中國(guó)資源綜合利用，2006，24（4）：29-31.

〔9〕宋慧平，陳陽(yáng)飛，鄧?yán)?，?改性粉煤灰處理氨氮廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J].山西水利科技，2013：5-7.

〔10〕陳春.粉煤灰綜合利用研究進(jìn)展[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2012（24）：56-59.

〔11〕李建霜.沸石對(duì)生活污水氨氮處理的研究[J].重慶交通大學(xué)校報(bào)，2015（02）：2-4.

〔12〕陳婉妹.粉煤灰改性處理氨氮廢水實(shí)驗(yàn)研究[J].化工學(xué)報(bào)，2012（4）：55-56.

〔13〕整越，劉方，吳永貴.粉煤灰對(duì)工業(yè)廢水中氨氮的吸附性能研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34（1）：15-16.

〔14〕肖新國(guó).循環(huán)經(jīng)濟(jì)與火電企業(yè)的發(fā)[J].中國(guó)電力企業(yè)管理，2005（8）：1-2.

〔15〕張寶玉，梁宏斌，王強(qiáng)，等.粉煤灰處理城市污水的技術(shù)[J].黑龍江科學(xué)，2011，2（2）：43-44.

〔16〕賈艷萍，姜修平，姜成，等.改性粉煤灰的制備及其在含磷廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展[J].硅酸鹽通報(bào)，2015，34（7）：1922-1925.

〔17〕陳瀟晶.改性粉煤灰處理氨氮廢水的研究[J].山西大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（6）：44-45.

〔18〕國(guó)家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第三版）[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1989.

〔19〕郭子成，羅青枝，任聚杰，等.物理化學(xué)（第二版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2018.

〔20〕陳宜賓，李寶霞，陳婉妹.改性沸石處理氨氮廢水實(shí)驗(yàn)研究[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，39（3）：467-468.