改性沸石处理含氨氮废水

1、改性沸石处理含氨氮废水NH3-N是高耗氧性物质，每毫克 NH3-N氧化成硝酸盐要消耗 4157mg的溶解氧，较高的 氨氮浓度会直接导致水质的黑臭。作为一种无机营养物质，NH3-N还是引起海洋、湖泊、河流及其它水体富营养化的重要原因， 对鱼类及某些水生生物有毒害。 桂林某旅游景区的污水 处理系统原设计水量为180m3/d，投入使用后，由于实际服务人口增加，导致水量增加。该污水处理工艺未设污泥处理系统，长期以来，沉淀池的污泥通过排入化粪池达到减量目的。 以上原因导致该工艺在运行三年后出水氨氮严重超标， 污染周围水体， 急需脱除水中的氨氮。 对于氨氮废水的处理，用常规的生物化学方法去除氨氮效率低、周

2、期长、成本高；用活性炭吸附、磷酸铵镁沉淀等物理化学方法也因其工艺本身的缺陷、 成本高等原因而无法广泛应用。 因此， 寻求高效、切实可行的去除氨氮的方法十分必要。 近年来， 国内外开展了用沸石去除 水中氨氮的研究。沸石是一种廉价的无机非金属矿物，利用它去除水中的氨氮具有效率高、 工艺简单、易再生、处理成本低等特点。沸石在水处理中的应用已得到广泛关注。一、实验部分1 、材料沸石：采用a改性沸石，其红外光谱见图1。根据其粒径大小分为粗 （016110mm）中（0125016mm、细（01180125mm）3种。其化学成分及其含量 （wB）为SQ267199%, TiO20123%，Al2O31312

3、5%，Fe2O30167%，MnO0116%，CaO2192%，MgO0189%，K2O1127%，Na2O2165%， P20501013%含氨氮废水：取自某旅游景区的高浓度氨氮废水，其水质为p （C0DCr）=200250mg/L, p (NH32N)=140150mg/L, pH=615715。4000300020001000X /cm1图1 口改性沸石红外光谱图2、试剂与仪器主要试剂：碘化钾、氯化汞、四水合酒石酸钾钠、氯化钠、氯化铵、氢氧化钾、氢氧化钠、硫酸等，均为市售分析纯级化学品。3、实验方法氨氮的分析方法采用纳氏试剂比色法(GB7479-87)测定。11312实验方法静态实验：采

4、用静态搅拌吸附实验法。由改性沸石和某旅游小区污水构成固液两相系统，设定搅拌器的转速，改变起始氨氮质量浓度、pH值、改性沸石的粒径、改性沸石的投加量，进行静态吸附反应，然后测溶液中的剩余氨氮浓度。动态实验：在内直径为 19mm的有机玻璃柱中，装入一定高度的改性沸石，使试水以某一滤速持续通过沸石柱，连续测定出水氨氮浓度，观察沸石的除氨效果。二、结果与讨论静态实验改性沸石粒径和反应时间对氨氮去除效果的影响称取国投盛世粗沸石、中沸石和细沸石各20g置于盛有300mL实验废水的烧杯中，废水氨氮浓度为145146mg/L。进行搅拌吸附实验，分别在015、1、115、2、215h取样，测氨氮值。从测定结果

5、(图2)可以看出，各组改性沸石对NH+4的吸附量均随反应时间延长而增加，但在同一时间段小粒径改性沸石要比大 粒径改性沸石的吸附效果好，反应时间为2h时，粗、中、细改性沸石对氨氮的去除率分别为86125% 89100% 90125%改性沸石粒径对除氨氮效果有一定的影响，这是由于在相同 的实验条件下，改性沸石粒径越小，其表面积相对越大，水中NH+4与其接触的几率越大,反应出来的交换速率越大。而粒径大的沸石在吸附NH+4过程中易在沸石的外表面达到动态吸附平衡，和空隙内的动态离子交换平衡，因此表现出粒径大的沸石对氨氮的吸附量偏低。尽管粒径小的沸石吸附量相对较大，但由于其堆积密度大，导致水流通过时产生的

6、水头损失大，为方便后续实验的进行，在以下的实验中采用粗沸石作为实验材料。图2粒径对改性沸石吸附氨氮效果的影响投加量对改性沸石脱铵效果的影响称取粗沸石1、2、3、4、5g，置于盛有300mL氨氮浓度为145146mg/L小区污水的烧 杯中，进行搅拌吸附实验， 2h后测水中的氨氮值。从图 3可以看出，沸石投加量在 13g 时，沸石的去除率与沸石投加量呈正相关关系， 即氨氮的去除率随沸石投加量的增加而增长。沸石投加量达到3g后，氨氮去除率逐渐趋于平缓。实验结果表明，只需4g此改性沸石就可 使300mL的小区污水的氨氮达标排放。o o o o OO 8 .6 4 2 、蛊W12345沸石投iiutt/

7、g图3改性沸石投加量与氨氮去除率的关系原水氨氮浓度对改性沸石脱氨效果的影响取1g粗沸石放入6个盛有200mL氨氮浓度分别为11112、21131、30189、42156、51142、62116mg/L的稀释废水的烧杯中，在常温下进行搅拌吸附实验。固定转速为100r/min，搅拌2h后测定水样中剩余氨氮的浓度分别为0110、0121、3123、12186、24147、29187mg/L,结果如图 4 所示。原水氨氮含图4原水氨氮含量与彼吸附量和去除率的关系1g改性沸石对氨氮的吸附量可达到12192mg=沸石对氨氮的吸附量随原水中氨氮含量的增加而增加。实验所得数据经Langmuir和Freundl

8、ich 等温线拟合，Langmuir吸附平衡模式对改性沸石吸附氨氮过程的拟合(R2=019997)要优于Fre2undlich吸附平衡模式对改性沸石吸附氨氮过程的拟合(R2=018119)。原水pH值对改性沸石脱氨效果的影响取7份1g粗沸石，在常温下进行 2h的搅拌实验。原水的体积为100mL氨氮浓度为75127mg/L。调整溶液的 pH值分别为 3198、5103、6104、7106、7195、8195、9196。静沉 后测水中剩余氨氮浓度。实验结果（图5）表明，当原水pH值在51037195时，沸石的吸附量与氨氮的去除率变化不大，吸附量保持在31543167mg/L，去除率保持在 4710

9、0%48181% pH=7106时，沸石的吸附量与氨氮的去除率达到最大值。 当原水pH值在51037195 的范围之外时，沸石的吸附量与氨氮的去除率急剧下降；这是由于在pH值较低时，H+的浓度较高，NH+4必须在沸石交换位置上与H+产生竞争交换，故沸石对NH+4的去除率较低。is6050403020100当水的pH值接近7时，H+的影响较小，主要表现为沸石对 NH+4的交换吸附，因而沸石 对NH+4的吸附率达到最高。当 pH值继续升高，水中 0H增多，NH+4易与0H结合，形成游 离态的NH3 NH3不带电，不易与沸石中的 Na+发生离子交换，主要依靠沸石的表面吸附作 用，故沸石对NH+4的去

10、除率降低，而且当pH值达到碱性范围后，NH+4与0H结合形成氨气， 溶液中NH+4浓度逐渐变小，从而使水体中NH+4浓度降低。动态吸附实验柱高对改性沸石去除氨氮的影响在4支内径为19mmB勺有机玻璃柱中，装入高度分别为20、40、60、80cm的粗沸石，控制流速为 1412cm/min，观察沸石的除铵效果，去除率降至70%寸，停止运行。从运行结果（图6）可以看出，在其他条件相同时，沸石柱的高度对氨氮去除率有很大的影响。随着滤柱高度的增加，沸石柱运行时间也增加，两者呈正线性相关。当沸石柱较高时,下层的沸石先与污水接触，进行离子交换吸附， 经交换吸附后，水中的氨氮浓度下降并从下层移到上层，继续进行

11、交换吸附，上层沸石起保护层的作用。当沸石柱较短时，铵离子在沸石柱中还未充分交换，就已流出柱床。所以，沸石层要有一定的高度才能保证氨氮的去除率。80706005101520253035运行时间Zh图两改性沸石层高度对氨風去除效果的影响流速对改性沸石除氨氮效果的影响在3支内径为19mm的有机玻璃柱中，装入高度均为60cm的粗改性沸石，流速分别控制在1412、813、313cm/min，观察沸石的除铵效果，去除率降至70%寸，绘时间-去除率曲线图。从图 7可以看出，在其他运行条件相同的情况下， 降低滤速可以提高沸石柱的运行时间，即沸石一次吸附时间可以延长，但滤速太低，所需设备庞大、产水量小、不经济；

12、提高滤速则可提高产水量，减小设备体积，但会导致沸石的一 次吸附时间缩短，需频繁更换沸石或对沸石解吸或再生。因此，在实际运行工艺中要根据具体情况选择经济流速。图7流速对改性沸石除氨氮效果的影晌改性沸石解吸实验分别在 3只相同的有机玻璃柱内装入171g a改性沸石，用饱和的NH4CI溶液以一定的流速通过沸石柱，经过充足的时间反应后，认为沸石柱内的改性沸石为铵饱和沸石，铵吸附量为0。用去离子水将沸石柱反复冲洗，再以3133cm/min的流速将Na+浓度分别为2000，4000，10000mg/L的NaHCO溶液用蠕动泵以上向流方式注入沸石吸附柱 中，连续记录出水氨氮值。由图8可以看出，铵解吸量与解吸

13、液的浓度有关，解吸液浓度越高，解吸量越大。经过 10个床层的解吸时，NaHCO解吸溶液浓度为10000mg/L的饱和沸石 柱的铵解吸量达到 25%而解吸液浓度为 4000、2000mg/L时，其解吸量仅为 15強口 9%这 种现象可以解释为浓度高的解吸液在沸石周围形成的浓度梯度大，解吸完沸石表面吸附的铵离子后，可以依靠浓度梯度的推动继续解吸沸石孔隙中的NH+4浓度越大，推动力就越大，就可以解吸越深的沸石孔隙中的NH+4从而解吸量就越大。图8讓饱和改性沸石的钱解吸曲线三、结论a改性沸石对污水中的NH+4处理效果较好，利用该改性沸石处理含高浓度氨氮的小区污水具有良好的效果。a改性沸石对铵的吸附效果与沸石粒径、沸石用量、原水氨氮浓度及原水pH值有关。在pH值为58、吸附时间为2h,粒径为0161mm的粗改性沸石对 NH+4的吸附量可达 12192mg/g，对铵离子具有很高的选择性和离子交换能力。通过a改性沸石对铵的吸附