我国很多地区存在地下水铁锰污染问题,过量铁锰进入人体会严重危害人体健康,因此寻求一种经济、高效的除铁除锰方法显得尤为迫切。近年来。除铁技术日趋成熟,如何高效、稳定、经济地将水中锰去除,及同步除铁除锰技术成为研究的重点。活化沸石滤料过滤就是一种除铁锰新工艺fl-21。沸石在我国分布广泛,是一种天然、无毒、无味、对环境没有影响的矿石,价格低廉,具有吸附、离子交换等性能,非常适合作为水处理材料。NaCI改性可不同程度破坏沸石的表面,使沸石比表面积增加,提高沸石的吸附和离子交换性能,从而去除铁、锰离子。沸石对铁锰的吸附受搅拌时间、沸石粒径、pH值等因素影响,本实验旨在找出各因素的影响规律,确定最佳吸附的实验条件。

一、实验部分

1、原料、试剂及仪器

实验采用浙江缙云沸石,硅铝摩尔比为4.25—5.25,比表面积230-320 mZ/g。其主要化学成分(%)为:Si02,69.58;A1203,12.2;Fe203,0.87;CaO,2.59;MgO,0.13;Na20,2.59;K0,2.59;其它,10.91。

实验配置试剂用水为去离子水,NaCI、FeSO4、MnSO4等试剂均为分析纯。由于在地下水中缺少溶解氧,铁锰主要以溶解态的F矿或M一形式存在,采用硫酸亚铁(FeSO.)或硫酸锰(MnS04)人工配制含铁或锰的模拟水,原水pH值为7.1。

主要仪器:AUYl20型电子天平,日本岛津;pHSJ-3F型pH计,上海精密科仪有限公司;7200型可见分光光度计,尤尼柯仪器有限公司;202-2AB型电热恒温干燥箱,天津市泰斯特有限公司;DJ-6CS型精密六联电动搅拌器,大地自动化仪器厂。

2、实验方法

配制质量分数为25%的NaCI溶液,按固液比(g/mL)l:20。在加℃下浸泡沸石24h后,用去离子水反复冲洗沸石,然后放入烘箱中于105℃下烘干,制成NaCI改性沸石。实验所用沸石均为NaCI改性后沸石。向1000mL烧杯中加入500mL质量浓度为5mg/L的铗(Fe2+)或锰(Mn2+)水样,再加入NaCl改性沸石,将烧杯置于搅拌器上,固定转速200 r/min,设定恒温25℃,做静态实验。每隔一定时间取样,静置0.5 h后取上清液测定溶液中铁、锰含量。在做铁锰浓度的影响实验时改变加入铁锰溶液的浓度,其它实验均采用铁锰质量浓度分别为5mg/L。

二、结果与讨论

1、搅拌时间

分别向铁或锰原水中加入2 g粒径为6—10目的沸石,做静态实验,每隔一定时间取样,实验结果见图1。吸附时间/h

沸石在水处理中对铁锰吸附的研究-国投盛世

图1搅拌时间对吸附的影响

从图1可看出,在0-2.5h之间,随着搅拌时间的增加,沸石对铁锰的吸附量明显增加,2.5 h时沸石对铁锰的吸附量分别为5.27ug/g、8.54l_tg/g;在2.5~24h之间,沸石对铁锰的吸附量趋于平缓,这是因为沸石对铁锰的吸附达到饱和后会出现吸附平衡和离子交换平衡。可见沸石对铁锰的吸附具有鼍快速吸附,缓慢平篌,的特点。为减少实验时间,搅拌时间采用2.5 h。沸石吸附铁或锰时规律相似,铁或锰的变化曲线是同步的,这在本次研究各实验中都有呈现,同时沸石对铁锰的吸附量相差较大,对锰的吸附量明显高于铁。湛毅等人对沸石吸附重金属离子的研究表明Mn2+和Fe2+吸附量相差不大”】。本实验Mn2+和Fe2+吸附量相差大,可能是搅拌作用下溶液充氧效果好,Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+的水合离子半径较大,使得吸附效率低,降低了沸石对铁的吸附能力。

2、沸石粒径

分别向铁或锰溶液中加入2g不同粒径范围内的沸石,搅拌2.5 h,做静态实验,取上清液测定溶液中铁、锰含量,实验结果见图2。

沸石在水处理中对铁锰吸附的研究-国投盛世

粒径/目

图2沸石粒径对吸附性能的影响

由图2可见,随着沸石粒径的增加,沸石对铁或锰的吸附量减少。沸石粒径越大,其比表面积越小,沸石的吸附效率降低,其吸附量随之减少;沸石粒径过小,反应器中的水头损失会增加;在反冲洗过程中,容易随出水外流,造成滤料损失。因此沸石粒径不宜过小,实验采用6-10目的沸石作为滤料。

3、pH值

分别向铁或锰溶液中加入2g6-10目沸石,并调节其pH值分别为2、3、4、5、6、7,搅拌2.5h,做静态实验,结果见图3。

沸石在水处理中对铁锰吸附的研究-国投盛世

图3 pH值对吸附性能的影响

从图3可看出,随着pH值的增大,沸石吸附铁锰量增加。在低pH值条件下沸石吸附效率低,因为水中盯的水合离子半径远比铁锰小,盯和铁锰存在竞争吸附,沸石优先吸附水中的一,从而造成对铁和锰吸附量减少。实际原水近似中性,实验时无需调整原水pH值。

4、铁锰共存对吸附的影响

向烧杯中加入500mL铁锰质量浓度均为5 mg/L的共存溶液,再加入2g6-10目沸石,做静态实验,每隔一定时间取样,静置0.5h后取上清液测定溶液中铁、锰含量,实验结果见图4。

沸石在水处理中对铁锰吸附的研究-国投盛世

图4铁锰共存对吸附性能的影响

从图4可看出,在相同搅拌时间下,铁锰吸附量均比图1中低。搅拌时间为2.5 h时,沸石对铁锰吸附量分别为3.24ug/g、5.21ug/g。铁锰共存时吸附量比单独存在时分别下降了38.6%和38.9%。这表明铁或锰存在竞争吸附。研究了在阳离子共存的条件下沸石对NH3-N的吸附性能,其中以K+的影响最大,可使沸石吸附量降低50%以上。

5、铁锰质量浓度对吸附的影响

分别向烧杯中加入200mL质量浓度为1、5、10、20、40、80、100、150、200、250、300 mg/L铁或锰溶液,再加入2g6-10目的沸石,搅拌2.5 h做静态实验,取上清液测定溶液中铁、锰含量,实验结果见图5。

沸石在水处理中对铁锰吸附的研究-国投盛世

由图5可见,原水中铁或锰质量浓度较低时,沸石对铁锰吸附量随着铁或锰质量浓度的增加而增大,当铁或锰质量浓度为250 mg/L时,吸附量最大,原水中铁或锰质量浓度大于250 mg/L后吸附量反而减少。

对铁或锰质量浓度为250 mg/L的原水,采用2 g6—10目沸石,搅拌吸附2.5h后,铁和锰的吸附量分别为46.2ug/g和69.4ug/g。

三、结论

1.沸石对铁锰的吸附具有“快速吸附,缓慢平衡”的特点。涝石对锰的吸附量明显高于铁,对铁或锰吸附出现相似的规律,若溶液中铁锰共存,存在竞争暖附,会使吸附量下降。

2.对铁或锰质量浓度为250 mg/L的原水,采用2g6-10目的沸石,搅拌吸附2.5 h后,铁和锰的吸附量分别为46.2ug/g和69.4ug/g。