改性沸石吸附处理氨氮废水试验研究

邓书平

（辽宁石油化工大学职业技术学院，辽宁 抚顺 113001）

改性沸石吸附处理氨氮废水试验研究

邓书平

（辽宁石油化工大学职业技术学院，辽宁 抚顺 113001）

在静态条件下研究了改性沸石对氨氮的吸附特性，考察了不同条件下改性沸石对含氨氮废水的处理能力。结果表明：热改性温度为500℃、pH值为7、改性沸石加入量为30g/L、吸附时间120min条件下，改性沸石对氨氮的去除率可达95%以上。

氨氮；沸石；吸附；废水

大量含氮肥料的生产使用以及工业和城市生活污水，是造成水体富营养化直接原因，所以废水中氮含量的控制日渐受到社会的重视。除氮的方法常用离子交换、吹脱法、吸附法和生物法等[1]，然而这些方法都存在除氨氮周期长、氨氮难以彻底去除等问题。因此，经济而有效地控制氮污染已成为近年来亟待解决的热点问题。

沸石空间最基本的结构单位是硅氧四面体和铝氧四面体。我国已发现的沸石储量约在100亿t以上，资源丰富，利用沸石处理废水中的氨氮是一种有前景的方法。

本文采用高温焙烧、硫酸和NaCl改性沸石，将其制备成具有较强吸附能力的吸附剂，并研究经改性后的沸石在不同条件下对氨氮离子的吸附性能。试验结果表明酸和NaCl改性后的沸石对氨氮具有吸附性能高、污泥产生量少等优点。

1 材料及方法

1.1 材料

试验用原料：宜兴天然沸石，其化学成分(质量分数)如表1所示。

1.2 仪器及试剂

仪器：JD-3多功能电子天平、7230G型分光光度计、磁力搅拌器、水浴锅、pH-25酸度计、烘箱等。

表1 天然沸石成分

试剂：碘化钾、碘化汞、氢氧化钠、酒石酸钾钠、盐酸、氯化钠和氯化铵等均为分析纯，用蒸馏水将NH4Cl配制成浓度为12.47mg/L的标准液作为模拟含氨氮废水。

1.3 改性沸石的制备

1.3.1 热改性

分别称取一定量沸石于300、400、500、600、700℃在马弗炉中灼烧2h，再放置于干燥器中冷却备用。

1.3.2 酸改性

分别称取一定量沸石，向其中加入1mol/L的稀硫酸中浸泡24h，然后过滤、洗至中性，于103～105℃下烘干备用。

1.3.3 碱改性

分别称取一定量沸石，向其中加入1mol/L氢氧化钠溶液中浸泡2h，过滤、洗至中性，于103～105℃下烘干备用。

1.3.4 酸和氯化钠改性沸石

将沸石在500℃煅烧2h，然后将其研磨，再向其中加入1mol/L的稀硫酸和饱和一定浓度的氯化钠溶液，搅拌6h，再用蒸馏水洗涤至中性，在103～105℃烘干，并研磨过100目筛[2]，备用。

1.4 吸附试验

向烧杯中加入一定体积、一定浓度的含氨废水，调节pH值，再加入一定量改性沸石，将其置于恒温摇床中振荡吸附，经0.45μm滤膜过滤后，取滤液用纳氏试剂分光光度法于410～425nm处测定吸光度，按如下公式计算废水中氨氮的去除率，并考察pH值、吸附时间、沸石用量等各种因素对吸附效果的影响[3]。

式中：η为去除率(%)；C0为处理前废水中氨氮浓度(mg/L)；C1为处理后废水中氨氮浓度(mg/L)。

2 结果与讨论

2.1 不同焙烧温度改性沸石后对氨氮去除率的影响

分别称取5份5g天然沸石在300、400、500、600、700℃条件下于马弗炉中灼烧2h，考察天然沸石经不同焙烧温度改性后对氨氮去除效果的影响(见图1)。

结果表明：天然沸石随着初始焙烧温度的增加对氨氮的去除率增加。原因是焙烧可清除沸石孔穴和孔道中的水和有机物等，使孔道更畅通，有助于离子扩散和吸附。天然沸石最佳热改性温度为500℃，而在温度超过500℃后，沸石内部结构随着温度升高遭到破坏程度加重，不利于离子扩散和吸附，结果造成沸石对氨氮的去除能力降低。因此，为提高天然沸石对氨氮的处理能力，在进行其他方式改性前都将天然沸石置于500℃的马弗炉中焙烧改性2h。

2.2 不同改性沸石与去除率的关系

准确称取热改性沸石、酸改性沸石、碱改性沸石和酸+NaCl改性沸石各5g于100mL试验废水中，考察不同吸附材料对氨氮吸附效果，结果如表2所示。

表2 不同吸附材料对氨氮吸附效果

由表2可知，酸+NaCl改性沸石对氨氮的去除率最高，达到95.5%，酸改性次之，天然沸石和碱改性沸石对氨氮去除率较前两种改性沸石有所下降。原因是天然沸石的某些孔道被堵塞而不能吸附，经过酸处理后可溶解杂质被清理，孔道疏通，并将难交换离子部分置换出来，有效地提高了沸石的比表面积，因此对氨氮的去除效果较天然沸石和碱改性沸石高。另外纯酸改性沸石对氨氮的去除效果略低于酸+NaCl改性沸石，原因是如果沸石只单纯被酸改性时，H+会占据沸石结晶中的部分吸附活性中心，在吸附水中氨氮过程中，与存在竞争吸附，影响了沸石对氨氮的去除效果。因此，试验选用酸+NaCl改性沸石为吸附材料。

2.3 吸附时间对氨氮去除效果的影响

准确称取6份各5g的酸+NaCl改性沸石置于盛有100mL试验废水中，进行搅拌吸附，考察不同吸附时间对氨氮去除效果，结果如图2所示。

由图2可知，在吸附初始阶段，随着吸附时间的增加，氨氮的去除率快速升高，当吸附进行120min后趋于平衡，此时改性沸石对氨氮的去除率达到95.6%，因此，试验选择吸附时间为120min。

2.4 pH值对氨氮去除效果的影响

准确称取7份各5g的酸+NaCl改性沸石，置于盛有100mL试验废水中，调整溶液的pH值，搅拌吸附2h。考察不同pH值环境下改性沸石对氨氮去除率[4]，结果如图3所示。

结果表明，当pH值为2时，由于此时废水的pH值较低，水中H+浓度较高，H+离子与离子产生交换竞争，影响了改性沸石对离子的吸附，所以此时废水中氨氮的去除率较低。当废水pH值从2升高到7时，随着溶液pH值的升高，废水中H+浓度逐渐下降，H+离子和离子交换竞争逐渐减弱，改性沸石对氨氮的吸附能力逐渐增强，因此废水中氨氮去除率逐渐上升。当废水pH值接近7时，水中主要表现为改性沸石对的交换吸附，因而此时对氨氮去除率最高。而当pH值继续升高，废水中离子会和水中的OH-离子结合形成游离不带电的NH3，因而不易与沸石中的Na+发生离子交换，降低了沸石对的去除率，所以试验选择的最佳pH值为7。

2.5 投加量对改性沸石脱氨氮效果的影响

准确称取6份不等量酸+NaCl改性沸石，置于盛有100mL试验废水中，调整溶液的pH值，搅拌2h。考察不等量沸石对氨氮去除效果，如图4所示[5]。

从图4可以看出，酸+NaCl改性沸石投加量在0.5～3.0g时，对氨氮的去除率随沸石投加量的增加而增长。当酸+NaCl改性沸石投加量达到3.0g后，对氨氮的去除率逐渐趋于平稳，此时酸+NaCl改性沸石对氨氮的去除率在95%以上。

3 结论

(1) 适当温度焙烧改性可清除天然沸石孔穴和孔道中的水和有机物等，使孔道更畅通，有助于离子扩散和吸附。天然沸石在500℃条件下焙烧时对氨氮的去除效率较高。

(2) 酸+NaCl改性沸石对氨氮的去除率最高，酸改性次之，天然沸石和碱改性沸石对氨氮去除率较前两种有所下降。

(3) 当pH值为7、改性沸石投入量为30g/L、吸附时间120min时，酸+NaCl改性沸石对氨氮的去除率可达95%以上。

(4) 利用改性沸石作吸附剂处理氨氮废水具有高效、经济、简便等优点，因此是一种应用前景很广阔的废水处理方法。

[1]戴双林,王荣昌,赵建夫.改性沸石去除废水中氮和磷的机理与应用[J].净水技术,2011,30(6):53-57.

[2]冯灵芝,买文宁,吴连成.沸石改性吸附氨氮的试验研究[J].河南科学,2006,24(2):294-295.

[3]李晔,肖文浚,彭长琪.沸石改性及其对氨氮废水处理效果的研究[J].非金属矿,2003,26(2):53-55.

[4]丁仕琼,王东田,黄梦琼,等.沸石的改性及其去除水中氨氮的研究[J].苏州科技学院学报(自然科学版),2010,27(2):33-36.

[5]王昌南,周荣敏,闫越,等.天然沸石的脱氮除磷研究[J].工业用水与废水,2011,42(3):60-63.

Study on Adsorption Treatment of Wastewater Containing Ammonia Nitrogen With Zeolit

DENG Shu-ping
(Vocational and Technical College, Liaoning University of Petroleum ＆ Chemical Technology, Fushun 113001, China)

The adsorption characteristics of ammonia nitrogen by modified zeolite were studied under the static state. The treat capacity to wastewater containing ammonia nitrogen modified zeolite is researched under diferent conditions. The results show that Thermal modification temperature is 500℃, the removal rate of ammonia nitrogen can be 95% with the pH 7, the dosage of modified bentonite is 30g/L and the contacting time is 120min.

ammonia nitrogen; zeolite; adsorption; wastewater

X703.1;P578.974

A

1007-9386(2012)05-0043-03

2012-05-18