空心砖对废水中污染物吸附能力的研究

`李光浩，李小玉

(大连民族学院环境与资源学院，辽宁大连 116605)

空心砖对废水中污染物吸附能力的研究

`李光浩，李小玉

(大连民族学院环境与资源学院，辽宁大连 116605)

研究了树脂、空心砖粉、粉煤灰、活性炭4种吸附剂对水体中氨氮、总氮、化学需氧量、总磷等污染因子的吸附能力。实验表明，4种吸附剂中空心砖对氨氮的吸附能力最强，其吸附剂能级数(1/n)为0.1475，因此，是一种增强系统对污染物去除能力的理想填料。为研究工业固体废弃物与废渣作为人工湿地填料提供理论依据。

吸附剂;吸附能力:空心砖

人工湿地污水处理系统是目前最廉价的低投资、低能耗、行之有效的处理与利用污水的系统工程。其中，填料的选择对于人工湿地污水处理系统的运行效果有着重要的作用［1－3］。填料是人工湿地的基质与载体，在人工湿地内部填充多孔的、有较大比表面积的填料，不但可以改善人工湿地的性能，同时也增强系统对污染物的去除能力［4］。为改造被污染的湿地，填充的填料为微生物提供了更大的物理化学空间，通过植物、微生物和填料之间的物理和生物作用达到污水净化的目的，对污染物的成功截留和后续植物创造了良好条件［5］。因此，研究树脂、空心砖、粉煤灰、活性炭4种吸附剂在不同吸附时间和不同吸附剂量的条件下对水体中氨氮、总氮、化学需氧量、总磷等污染因子的吸附能力以及建立废渣作为人工湿地填料的吸附模型，具有深刻的理论意义和广泛的应用价值［6－7］。

1 材料与方法

1.1 材料

采用树脂、空心砖、粉煤灰、活性炭作为吸附剂。其中:树脂主要指在分子结构中不含离子性基团，内部呈交联网络结构的高分子柱状，主要依靠分子间作用力进行吸附的高分子树脂;空心砖是建筑行业中常用的材料，主要由粉煤灰烧结而成，具有稳定的化学特性，比表面积和吸附容量大等特点;粉煤灰是燃煤中不能完全燃烧的部分经收集而成的，具有多孔性及很大的比表面积(3 400 cm2·g－1)，通过吸附、离子交换、絮凝沉淀和过滤作用去除污水中的污染物质［8］;活性炭是一种呈黑色粉末状或颗粒状的无定形碳，具有比表面积大，孔隙结构发达，吸附速度快，吸附容量高等优点。

1.2 仪器

UV－9200紫外可见分光光度计(北京瑞利分析仪器公司)，电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)，标准筛(80目，孔径0.2 mm，浙江上虞星星仪器设备有限公司)，恒温磁力搅拌器(江苏金坛富华电器有限公司)。

1.3 方法

在不同吸附时间(0.5，1，1.5，2，4，6 h)和不同吸附剂量(0.5，1.0，1.5，2.5，5.0，10.0 g)的条件下，水样在磁力搅拌器的搅拌下分别进行吸附，测定吸附后水样的各因子指标。实验流程如图1。

图1 实验流程图

2 结果与讨论

2.1 对氨氮与总氮吸附的影响

2.1.1 吸附时间对氨氮与总氮吸附容量的影响(如图2)

图2 不同吸附时间对氨氮与总氮吸附容量的影响

由图2可知，4种吸附剂的吸附容量都比较稳定，只在4～6 h有较小幅度的波动。其中，空心砖的最大吸附容量在0.887 mg·g－1左右，树脂、粉煤灰、活性炭的最大吸附容量依次在0.375，0.475，0.589 mg·g－1左右。由此可知，空心砖的吸附能力远高于其他3种吸附剂。

图3 吸附剂量对氨氮与总氮吸附容量的影响

2.1.2 吸附剂量对氨氮与总氮吸附容量的影响(如图3)由图3可知，4种吸附剂几乎都随着吸附剂量的加大，对氨氮与总氮的吸附容量也随之变大，其变化规律十分相似。其中空心砖的吸附容量明显高于其他吸附剂，其次为活性炭，树脂略低于粉煤灰。粉煤灰在10 g时有吸附容量下降的趋势，表示其吸附已达到饱和。

2.2 对总磷吸附的影响

图4 不同吸附时间对总磷吸附容量的影响

2.2.1 不同吸附时间对总磷吸附容量的影响(如图4)由图4可知，各种吸附剂对磷的吸附容量都很稳定，其中空心砖粉的吸附容量最大，其次为粉煤灰，活性炭略高于树脂。吸附容量随时间的变化不大，说明4种吸附剂在0.5 h时基本达到吸附饱和。

图5 不同吸附剂量对总磷吸附容量的影响

2.2.2 不同吸附剂量对总磷吸附容量的影响(如图5)由图5可知，4种吸附剂的吸附容量都是随着吸附剂量的增加而增大。空心砖粉的吸附容量明显大于其他吸附剂，而其他几种吸附剂的吸附容量差别不大。

2.3 对COD吸附的影响

2.3.1 不同吸附时间对 COD吸附容量的影响(如图6)由图6可知，树脂与活性炭的变化趋势相同，

图6 不同吸附时间对COD吸附容量的影响

吸附容量都是先减少再增大，空心砖粉与粉煤灰的变化趋势基本相同。树脂与空心砖粉都在

0.5 h达到吸附容量的最大值。2 h后，4种吸附剂的吸附容量都随时间的延长而减少。

2.3.2 不同吸附剂量对 COD吸附容量的影响(如图7)

图7 不同吸附剂量对COD吸附容量的影响

由图7可知，4种吸附剂不同剂量的吸附容量存在差异。树脂在0.5 g时吸附容量达到最高值，为 0.971 mg·g－1，空心砖粉和粉煤灰都在 2.5 g时达到最大值，分别为 0.857，0.886 mg·g－1。活性炭在加入量达到5 g以后仍有上升的趋势。

2.4 Freundlich公式与吸附剂能级

4种吸附剂对氨氮、总氮、COD、总磷的吸附均符合Freundlich规律，可由Freundich公式计算其吸附能级。其由Freundlich公式建立的吸附模型为

式中，x/m为吸附容量(mg·g－1)，c为平衡浓度(mg·L－1)，K和n为常数参数。各因子的Freundlich吸附模型参数见表1。

表1 各因子的Freundlich吸附模型参数表

常数参数1/n在一定程度上反映了吸附剂的能级。一般1/n在0.1～0.5时吸附易于进行，大于2时难于吸附。实验中对于含氮化合物的吸附，只有空心砖1/n＜0.5，说明空心砖对含氮化合物的吸附能力最强，这与图中的实验结果也吻合;对于COD的吸附，只有活性炭的1/n＜0.5，说明活性炭对COD的吸附能力最强;对于总磷的吸附，各吸附剂的1/n均大于0.5且小于2，说明各吸附剂虽有吸附，但吸附效果均不理想。相对而言，4种吸附剂中空心砖对于总磷的吸附能力较好。

3 结论

对于水样中氨氮和总氮的吸附:各种吸附剂的吸附效果为空心砖＞活性炭＞粉煤灰＞树脂，且空心砖的吸附效果远远好于其他吸附剂。4种吸附剂的变化趋势基本相同，吸附容量随时间的变化不大，但随吸附剂量的增大而增加。

对于水样中COD的吸附:活性炭的吸附容量要略高于其他吸附剂，并且随着加大用量，吸附容量还有升高的趋势。4种吸附剂在吸附初始的1 h内就能达到吸附高峰，随后吸附容量逐渐减小，呈下降趋势。

对于水样中总磷的吸附:4种吸附剂的吸附容量的变化趋势基本相同，都随吸附剂量的增加而增大，随吸附时间的变化不明显。各吸附剂虽然吸附效果均不理想，但空心砖粉的吸附容量还是明显高于其他3种吸附剂。

综上所述，采用建筑固体废弃物的空心砖作为人工湿地的基质与载体填料，是人工湿地污水处理系统目前最廉价的填料，不仅具有较大比表面积，可以改善人工湿地的性能，同时也增强系统对污染物的去除能力。

［1］刘波，陈玉成.4种人工湿地填料对磷的吸附特性分析［J］.环境工程学报，2010(1):55－58.

［2］秦怡，李勇.人工湿地常用填料和植物对污染物去除效果的比较［J］.江苏环境科技，2006(5):23－26.

［3］陈长太，王雪，祁继英.国外人工湿地技术的应用及研究进展［J］.中国给水排水，2003，22(12):79 －83.

［4］李丽，王全金，李忠卫.四种填料对总磷的静态吸附试验研究［J］.华东交通大学学报，2009，26(4):5－67.

［5］SABIO E，MATIN ML G，RAMIRO A，et al.Influence of regeneration temperature on the phenols adsorption on activated carbon［J］.Colloid Interface Sci，2001，242:16 －18.

［6］邹新，简敏菲，史晓燕，等.不同人工湿地填料对水体中总磷的吸附特性分析［J］.江西农业大学学报，2011(6):135－138.

［7］赵立军，马放，路青海.四种填料性能试验研究［J］.环境科学与管理，2006，31(2):33 －36.

［8］王福元，吴正严.粉煤灰利用手册［M］.北京:中国电力出版社，2004.

Pesearch of Adsorption Capacity of Hollow brick for Pollutions in Wastewater

LI Guang－hao，LI Xiao－yu
(College of Environment and Resource，Dalian Nationalities University，Dalian Liaoning 116605，China)

In this paper we mainly study the adsorption capacity of resin，powder of hollow bricks，fly ash，activated carbon，for the pollution factors of ammonia nitrogen，total nitrogen，chemical oxygen demand，total phosphorus in the water.Experiments show that Among four kinds of adsorbent ammonia adsorption capacity of hollow brick is the strongest and its adsorbent series of 1/n is 0.1475，which is not only an ideal environmentally friendly adsorbent，but also enhances pollutant removal capacity of the ideal filler.The results provide the important theory evidence for study solid wasts and muck to artificial ground.

adsorbent;adsorption ability;hollow brick

X703

A

1009－315X(2012)05－0433－04

2012－03－26;最后

2012－06－11

李光浩(1953－)，男，辽宁铁岭人，教授，主要从事环境监测与分析化学研究。

(责任编辑 邹永红)