吸附-混凝技术对废水中氮的去除效果研究

何斯妙

摘      要：采用吸附-混凝技術对含氮废水进行处理，并以废水中T-N和NH3-N的去除率为研究对象，对吸附剂的种类及加量、pH值、PAC和PAM加量进行筛选;实验结果表明，相比于活性炭和硅藻土，改性硅藻土的吸附性能较好，T-N和NH3-N的去除率可达63.15%和42.16%;同时对工艺参数进行了优化，当pH值为8、改性硅藻土加量为100 mg/L、PAC加量为60 mg/L、PAM的最佳加量为0.6 mg/L时，可以使T-N和NH3-N的去除率分别达到65.16%和41.56%。

关  键  词：吸附;混凝;改性硅藻土;除氮

中图分类号：X 703         文献标识码：        文章编号： 1671-0460（2019）08-1748-04

Abstract： The adsorption-coagulation technology was used to treat nitrogen-containing wastewater， and taking the removal rate of T-N and NH3-N in wastewater as research object， the type and amount of adsorbent， pH， PAC and PAM dosages were determined. The screening results showed that the adsorption performance of modified diatomite was better than that of activated carbon and diatomaceous earth. The removal rates of TN and NH3-N reached 63.15% and 42.16%. At the same time， the process parameters were optimized. When the pH value was 8， the modified diatomite dosage was 100 mg/L， the PAC dosage was 60 mg/L， and the optimum amount of PAM was 0.6 mg/L， the removal rates of TN and NH3-N reached 65.16% and 41.56%， respectively.

Key words： Adsorption; Coagulation; Modified diatomite; Nitrogen removal

随着工业技术的快速发展，资源的开发利用程度也越来越大，大量的生活污水与工业污水被排入到周围的环境中，废水中的大量氮、磷等污染物使得周围水体富营养化，导致环境恶化，影响到了周围人类的生活。因此，对于水体中的大量含氮污染物进行合理有效的去除成为当前的主要任务[1-3]。

废水中的氮主要以合氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在，常用的处理方式主要有生物硝化与反硝化法，吸附法等，而生物消化与反硝化技术的处理周期较长，相比之下，吸附法处理手段简单、快速，被较多的学者用于废水中氮的去除[4-7]。赵雅萍等[8]利用钙型沸石对氨氮进行吸附处理，研究发现该吸附主要是是吸热过程，其饱和吸附容量是46.29 mg/g，且具有较好的再生效果，吸附吸附容量的标准偏差分别为6.34%和6.59%。张璐等[9]发现天然沸石对煤化工废水中的氨氮有较好的去除效果，且碱改性后的沸石吸附性能明显提高，同时利用盐酸溶液在高温条件下解吸饱和天然沸石，可使沸石的吸附能力得以再生。同时，相对于生物法的处理价格，一些天然吸附剂的价格较为便宜且吸附性能较佳[10，11]。本文主要基于吸附法对废水中氮的去除效果，将吸附技术与混凝技术的优点进行综合，利用吸附剂的吸附性与混凝药剂的混凝效果对废水中的氮的去除进行研究。

1  实验部分

1. 1  实验材料

实验主要药品：活性炭、硅藻土、改性硅藻土、聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）、盐酸、氢氧化钠等。

实验水样取自某污水处理厂的二级出水，水质分析如表1所示。

1.2  实验方法

取500 mL的含氮水样于烧杯中，加入一定含量的吸附药剂搅拌一定时间，然后加入一定量的混凝药剂进行混凝处理，并测定混凝处理后水样的透光率和氮去除率，筛选出最佳的实验条件。

1.3  检测方法

本实验中总氮的检测方法采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法;氨氮的检测方法采用纳氏试剂光度法;浊度采用STZB型浊度仪测定。

2  结果与讨论

2.1  活性污泥的分析

2.1.1  吸附剂对含氮废水的处理效果影响

将活性炭、改性硅藻土与硅藻土以100 mg/L的加量分别加入到500 mL的废水水样内，搅拌40 min后进行混凝处理，并以处理后水样中氮含量的去除率为考察指标，筛选出最佳的吸附剂种类。

由图1可以看出，对废水直接进行混凝处理后，对T-N的去除效果较差，仅为29.2%，NH3-N的去除效果也仅为15.59%;这可能是由于PAC水解后形成了带正电的胶体颗粒，其对废水中的部分NO3-与NO2-的吸附作用较差，且对有机氮的吸附更差，使得水中的T-N和NH3-N的去除效果较差。

而利用吸附剂对废水进行吸附后，再混凝处理，明顯有利于废水中T-N和NH3-N的去除，同时发现，相比于活性炭和硅藻土的吸附效果，经改性土吸附-混凝处理后，T-N和NH3-N的去除效果更佳，分别为63.15%和42.16%。这是添加吸附剂后，吸附剂表面具有较多的吸附孔道，有利于吸附;同时，在废水中均匀分散后，改性硅藻土形成的胶体颗粒增强了对废水中氮的吸附作用[10，12]。综合考虑，本实验利用改性硅藻土作为吸附剂对废水进行吸附-混凝处理。

2.2  吸附剂加量对废水中氮的去除处理效果影响

在废水中分别加入50、100、150、200、250 mg/L的改性硅藻土，搅拌40 min后进行混凝处理，并以处理后水样中氮含量的去除率为考察指标，筛选出最佳的吸附剂加量。

由图2可知，随着改性硅藻土加量的增大，废水中T-N和NH3-N的去除率呈现出先增大，后稳定的趋势，当改性硅藻土的加量为100 mg/L时，T-N和NH3-N的去除率达到最大，分别为63.15%和42.16%。

但继续增大改性硅藻土加量时，T-N和NH3-N的去除效果不佳，产生这一现象的原因可能是，当改性硅藻土加量达到一定的量时，硅藻土吸附呈现出饱和状态，产生了“胶体保护”现象，随着改性硅藻土加量的增大，对水中的T-N和NH3-N的去除效果较弱且有所降低[10，12]。因此，综合考虑，本实验中改性硅藻土的加量选择为100 mg/L。

2.3  pH值的变化对废水中氮的去除处理效果影响

调节原水的pH值，加入改性硅藻土对废水进行吸附处理，再加入混凝药剂后进行混凝处理，并以处理后水样中氮含量的去除率为考察指标，筛选出最佳的吸附剂加量。

由图3可知，调节原水的pH值后，随着pH值的增大，废水中T-N和NH3-N的去除率呈现出先增大后降低的变化，当pH值为8时，T-N的去除率可达64.29%，而NH3-N的去除率也达到42.06%。但是pH值在较低和较高时，会影响T-N和NH3-N的去除率，吸附-混凝效果较差。这可能是pH值在较低或较高时，影响了吸附剂的表面电荷和其它化学性质，从而影响吸附剂的吸附性能，同时，在较低的pH值下，混凝效果相对较差，也会导致T-N和NH3-N的去除效果较弱[13]。因此，本实验在对废水进行处理时，pH选择为8。

2.4  PAC加量对废水中氮的去除处理效果影响

调节废水的pH值为8，利用改性硅藻土对废水进行吸附处理后，再加入一定量的PAC和PAM对其进行混凝处理，并以处理后水样中氮含量的去除率为考察指标，筛选出最佳的吸附剂加量。由图4可知，对废水采用吸附-混凝处理后，废水中的T-N和NH3-N的去除率随着PAC加量的增大呈现出一定的变化。

随着PAC加量的增大，T-N的去除率呈现出增大的趋势，当PAC加量为60 mg/L时，T-N的去除率为65.16%，NH3-N的去除率也达到41.56%。之后PAC加量的增大对T-N和NH3-N的去除率影响不大，这是由于PAC的水解形成了带正电荷的胶体颗粒，具有一定的吸附作用，同时，PAC的混凝作用，有利于吸附剂的混凝，降低废水的浊度，过大的PAC加量会导致其浊度较大，透光性较差[12，13]。因此综合考虑后，本实验中PAC的最佳加量为60 mg/L。

2.5  PAM加量对废水中氮的去除处理效果影响

调节废水的pH值为8，利用改性硅藻土对废水进行吸附处理后，再加入60 mg/L的PAC和一定量PAM后对其进行混凝处理，并以处理后水样中氮含量的去除率为考察指标，筛选出最佳的吸附剂加量。

由图5可以看出，废水经吸附-混凝后，随着PAM添加量的增大，废水中的T-N的去除率逐渐增大，在PAM加量为0.6时，T-N的去除率为65.16%，之后增大PAM加量，T-N的去除率变化不大。

这是由于PAM的加入能使被中和的胶体颗粒和一些很细小的胶体粒迅速吸附和桥联，从而形成絮体，进一步提高降低处理后水的浊度。同时，形成的絮体沉淀物也会吸附部分有机氮，从而促进废水中氮的去除[12，13]。因此，本实验PAM的最佳加量为0.6 mg/L。

3  结 论

（1）利用活性炭、硅藻土和改性硅藻土对含氮废水进行吸附处理发现，改性硅藻土的吸附性能较好，T-N和NH3-N的去除率可达63.15%和42.16%

（2）对含氮废水进行吸附-混凝处理，并对处理工艺进行优化，当pH值为8、改性硅藻土加量为100 mg/L、PAC加量为60 mg/L、PAM的最佳加量为0.15 mg/L时，可以使T-N和NH3-N的去除率分别达到65.16%和41.56%。

参考文献：

[1] 张伟， 舒金锴. 含氮废水处理技术研究现状[J]. 湖南城市学院学报（自然科学版）， 2018， 92（02）：23-27.

[2] 操家顺， 周仕华， 李超. 高含氮印染废水强化脱氮处理组合工艺[J]. 环境科学研究， 2017， 30（8）：1262-1270.

[3] 边永欢， 靳薛凯， 冯素敏，等. 天然沸石对氮肥工业废水的处理性能研究[J]. 河北工业科技， 2017， 34（1）：51-56.

[4] 赵思琪， 任勇翔， 杨垒，等. 异养硝化复合菌强化处理含氮废水脱氮性能研究[J]. 工业微生物， 2018（1）.

[5] 王楠， 李思凡， 商丽艳. 物化法处理高浓度氨氮废水的研究进展[J]. 当代化工， 2014（9）：1886-1888.

[6] 单明丹， 周吉娜， 唐世刚. 去除城市污水中氨氮的方法研究[J]. 环境与发展， 2017（9）：66-67.

[7]赵雅萍， 金伟， 曹达文，等. 钙型沸石对生活污水中氨氮去除的研究[J]. 离子交换与吸附， 2004， 20（5）：458-463.

[8]张璐， 杨忆新， 罗明生，等. 天然沸石去除煤化工废水中氨氮的研究[J]. 工业水处理， 2018， 38（7）.

[9]肖利萍， 刘喆， 魏彬. 吸附与混凝联用去除水中磷的特性研究[J]. 非金属矿， 2016， 39（6）：4-6.

[10]罗智文， 袁东， 耿安锋，等. 改性硅藻土提高氨氮废水处理效果研究[J]. 安徽农业科学， 2010， 38（29）：16410-16411.

[11]姜政圻， 张旭， 刘阳，等. 混凝-吸附对二级出水中氮和磷的去除特性研究[J]. 吉林农业， 2012（3）：71-72.

[12]段宁， 张银凤， 明谦. 硅藻土复合吸附剂对水中氨氮的吸附性能研究[J]. 硅酸盐通报， 2014， 33（2）：308-314.

[13]宋相松.吸附剂与混凝剂联合应用于再生水除氮的实验研究[D]. 华北水利水电大学， 2016.