天然沸石及其改性后对水体中低浓度氨氮的吸附去除进行实验研究,发现当吸附时间是90min,废水pH值为5左右时,天然沸石粉的氨氮去除率达54.77%,吸附氨氮的效果最好;天然沸石粉在100℃下,经0.3mol/L的氯化钠溶液改性效果最好,改性沸石粉在吸附时间60min,pH为5时,氨氮去除率达98.85%,吸附氨氮的效果最好。

一、背景阐述

城市污水以及部分工业废水中存在含氮污染物,排放水体可能会导致水体的富营养化,即使经过处理的污水,其TN含量一般仍然会达到15mg/L以上,远高于导致水体富营养化的氮含量水平。所以,如何对一般污水处理工艺的出水中低浓度含氮污染物进行处理,降低水环境污染压力成为了近期水污染防治的热点之一。沸石是一种呈架状结构的多孔性含水铝硅酸盐矿物的总称,其具有单斜晶体,即有分子筛性质的硅氧四面体和铝氧四面体,对于尺寸小于其孔径的分子(如NH4+)有较高的选择吸附特性,且其交换能力远大于活性炭和离子交换树脂。另外,已有研究表明,对天然沸石进行合理的改性,能显著提高沸石的吸附容量。

二、实验方法

在城市污水处理厂的二级出水中,氨氮浓度一般小于25mg/L,所以,本研究采用分析纯NH4Cl配置的模拟废水,氨氮的初始浓度约为25mg/L。实验中,首先考察天然沸石吸附氨氮的工艺条件,确定运行参数(废水的pH值、吸附时间)。然后进行沸石改性试验,分别考察了氯化钠溶液的浓度、改性时间、氯化钠溶液的温度对沸石粉吸附氨氮的影响,确定了沸石粉的最佳改性方法,接着研究最佳改性后的沸石粉吸附氨氮的最优pH值、吸附时间。最后,比较改性前后的沸石粉对氨氮的吸附效果。

三、结果与讨论

实验中,取6份pH值为5的100mL的模拟废水,再分别加入1g天然沸石粉,在30℃下分别振荡10、30、40、60、90、120min后,离心并测其上层清液的氨氮浓度,结果如图2。随着吸附时间的增长,氨氮的去除率逐渐升高,90min吸附接近平衡,氨氮的去除率达54.77%,对应的吸附容量1.369mg/g,其后去除率增长趋于平缓

改性天然沸石粉去除污水中低浓度氨氮-国投盛世

一方面,沸石粉中可交换的阳离子原本保持着电中性,由于NaCl溶液温度的升高使得这些阳离子能够更迅速地被钠离子交换。另一方面,沸石粉中的水合阳离子在100℃时容易发生可逆脱水,对钠离子的交换有利。并且温度达到100℃时,原本充满在沸石粉的孔道和空腔中的水分子可以蒸发除去,从而增大了沸石粉的孔隙度,使吸附能力提高。

总之,天然沸石粉可以吸附废水中的氨氮,但其吸附性能有一定的局限性。天然沸石粉在吸附废水中的氨氮时,最佳工艺条件是pH值为5,吸附时间为90min,此时天然沸石粉吸附氨氮的去除率高达54.77%,氨氮吸附容量为1.369mg/g。