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沸石、麦饭石、硅藻土、膨润土和活性炭对水中氨氮吸附特性

来源: 北京莱金源水处理技术有限公司

沸石、麦饭石、硅藻土、膨润土和活性炭对水中氨氮吸附特性
   水体黑臭成为危害城市水环境安全的重要隐患.城市水体黑臭主要是由人类向水中排入过量有机污染物, 配合水中微生物和藻类的新陈代谢, 水体缺氧致使厌氧微生物大量繁殖, 产生H2S和NH3等恶臭气体, S2-与水中存在的Fe2+和Mn2+等离子形成黑色物质致使水体发黑.随着各种措施的实施, 水体污染负荷大大降低, 黑臭现象有所好转, 但氨氮难以去除的问题随之凸现出来.
  氨氮作为评价水体黑臭的重要指标之一(还包括溶解氧、氧化还原电位和透明度), 是水体中主要的耗氧物质, 也是水体富营养和环境污染的一种重要物质, 进入水体可促使水生动物植物大量繁殖, 造成水体缺氧, 严重影响水质.以游离氨形式存在的氮元素, 会作为有毒物质影响血液与氧的结合, 对鱼类及其他水生生物产生负作用并通过食物链对人类健康造成危害.因此, 氨氮超标是现代城市水体黑臭治理过程中急需解决的问题.
  吸附法以其操作方便、工艺简单和稳定性高等特点常被作为去除水中氮磷的有效方法, 污水处理中主要通过与污水中的氮磷之间进行物理吸附、配位体交换或表面沉淀等反应达到去除氮磷的目的.吸附材料通常有孔隙率高, 比表面积大, 吸附活性位点多等特点, 对去除污染物有着至关重要的作用.然而, 污水处理中常用吸附剂(活性炭、活性氧化铝和硅胶等)多为人工合成或经过物理和化学改性等处理, 操作繁琐, 生产、采购价格昂贵, 使用过程中可能会引入某些有毒有害物质, 对自然水体生态造成破坏, 造成二次污染, 因此不适合水体修复工程中大量使用.
  本实验首先选取常用的吸附氨氮的材料——沸石和活性炭, 同时经挑选, 选取矿物类吸附剂:麦饭石、硅藻土和膨润土, 此类吸附剂也常用作吸附材料处理水中重金属和有机染料等对环境有害物质, 且来源广泛, 但研究其对氨氮处理效果较少.本文通过多种实验, 模拟黑臭水体氨氮特性, 研究5种材料对氨氮的吸附特性, 旨在挑选出适合黑臭水体治理工程中可大量使用、效果明显、价格低廉的材料.
  1 材料与方法
1.1 实验材料及预处理
  本实验采用5种不同的材料, 分别为沸石、麦饭石、硅藻土、膨润土和活性炭.沸石和麦饭石采购于某矿石加工厂; 硅藻土、膨润土和活性炭采购于国药集团; 所有材料均通过粉碎机粉碎, 去除杂质, 过100目筛, 取筛下物于烘箱中105℃烘干24 h, 取出后置于干燥器中冷却备用.
  所使用的试剂有氢氧化钠、盐酸、酒石酸钾钠、碘化钾、碘化汞和三氯化六氨合钴, 均为分析纯, 氯化铵为优级纯, 国药集团生产; 溶液配制均采用新制备的去离子水; 实验中不同浓度氨氮溶液均由氨氮储备液稀释而得, 储备液配制方法:准确称取3.819 0 g经105℃烘干的优级纯氯化铵, 溶于水中, 移入1 000 mL容量瓶中, 稀释至标线, 得到浓度为1 000 mg·L-1的储备液. 
3 结论
  (1) 通过对材料吸附数据的拟合, 5种材料对氨氮的吸附均符合准二级动力学方程, 以化学吸附为主; 颗粒内扩散影响其吸附过程, 但非唯一控制因素; 通过对等温吸附数据拟合, 硅藻土更适合Langmuir等温方程, 为单层分子吸附, 而其他4种材料更加符合Freundlich等温方程, 则为多层分子吸附.
  (2) 氨氮去除率随投加量增加而提高. 5种材料对于低浓度氨氮去除有良好效果, 均适合轻度黑臭水体氨氮的去除; 沸石更加适合用于重度黑臭水体中氨氮的去除.
  (3) 不同pH条件下, 沸石和麦饭石对氨氮的吸附量先增加后减少, 在pH=8时取得最大吸附量; 其他3种材料在实验pH值范围内吸附量缓慢升高.
  (4) 5种材料相对比, 膨润土解吸能力较强, 不适合长时间吸附水中氨氮; 硅藻土和活性炭吸附量小, 解吸能力弱, 可在水体中长时间吸附氨氮; 沸石和麦饭石吸附量大, 解吸能力适中, 工程中材料选取可视实际情况选择.
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