粉煤灰合成沸石制取脱氮除磷材料的研究

文章编号:1009-6825(2014)32-0112-03粉煤灰合成沸石制取脱氮除磷材料的研究★收稿日期:2014-09-10★:国家级大学生创新创业训练计划项目(项目编号:201310359031)作者简介:陈子璇(1992-)，女，在读本科生;吴奔腾(1994-)，男，在读本科生;吴翔(1992-)，男，在读本科生;余翔(1990-)，男，在读本科生;蔡琳娜(1993-)，女，在读本科生陈子璇吴奔腾吴翔余翔蔡琳娜(合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009)摘要:利用粉煤灰合成沸石与泥炭作为原材料，以水泥作为粘结剂，合成了脱氮除磷材料，通过模拟污水分别测定合成沸石合成材料与天然沸石合成材料对氮磷的去除率，结果表明:合成沸石组脱氮除磷材料对氮磷的去除率优于天然沸石组合成材料。关键词:脱氮除磷，合成沸石，泥炭，合成材料中图分类号:TQ536．4文献标识码:A0引言当前，对于生活污水氮磷的处理主要为生物法、化学法、气浮法等。对于生物法，其对于污水中氮磷的去除效果较好，但是由于其处理工艺要求严格，管理较为复杂，容易受水温、酸碱度等方面影响，处理成本较高。对于化学法，由于其对氮磷去除需要添加较多的化学物质，容易导致水体的二次污染，并且一般去除氮磷的药剂费用较高。对于气浮法，基本只能去除附着在悬浮物上的氮、磷，对溶于水中的氮、磷去除效果较差［1］。因此，经济有效的解决氮磷污染问题显得尤为紧迫。而离子交换法以其操作方便、工艺简单、效果稳定等优点越来越受到人们的关注。并且利用沸石和泥炭去除废水中氮、磷的研究在国内外已经广泛的开展［3-5］。粉煤灰作为一种来源广泛、价格低廉的无机非金属副产物，其可以合成沸石，变废为宝［6-8］。合成的沸石较天然沸石具有更加优越的离子交换能力、吸附能力以及易再生等特点，从而在去除氮、磷方面有着较好的应用前景。泥炭中因含有大量的纤维素、半纤维素、木质素以及腐殖质类物质，以及具有较大的比表面积和很多的活性功能团(如羧基、酚羟基和醇羟基等)，可通过吸附、离子交换以及络合作用等过程可去除废水中的磷酸根离子，从而起到除磷的作用［2］。然而粉煤灰合成沸石和泥炭为粉末状，很难将这两种材料用于实际中，且如果单独使用沸石或者泥炭，很容易使材料在动态吸附过程中发生孔道堵塞，使吸附无法顺利进行。为此，实验中以水泥作为粘结剂，将三者通过一定比例结合起来，并加入发泡剂，而合成了一种具有一定强度的脱氮除磷材料。并对其脱氮除磷性能进行研究，以期分析其脱氮除磷机理及工程经济价值。1材料与方法1．1实验材料粉煤灰，试验选用合肥第二发电厂粉煤灰，研磨、过200目筛子后得，粒径1mm～2mm，其化学成分见表1［1］。泥炭，试验选用合肥市净水厂脱水污泥，烘干、碾磨后，过200目筛子得，粒径2mm～3mm，其化学成分见表2［2］。天然沸石，试验选用河南某地沸石，碾磨后，过200目筛子得，粒径1mm～2mm。普通硅酸盐水泥，试验选用江苏宜兴牌普通硅酸盐水泥，初凝时间大于45min，终凝时间早于10h。采用普通硅酸盐水泥，旨在促进粉状沸石与泥炭进行粘结，同时作为粘结剂和原材料。表1粉煤灰的化学组成%化学组分SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3TiO2K2ONa2O数值47．6632．992．651．523．891．201．000．35表2泥炭的化学组成%化学组分Na2OAl2O3SiO2SO3K2OCaOTiO2Fe2O3数值2．106．2073．50．142．202．890．886．551．2实验方法1．2．1合成材料的制作方法1)粉煤灰制取沸石方法。由于粉煤灰中含有一些对合成沸石不利的磁铁矿等物质，因此合成之前需要对粉煤灰进行酸洗预处理。将粉煤灰与2mol/L的盐酸按照固液比1∶3在磁力搅拌器上以250r/min，温度90℃～95℃的条件下混合搅拌1h除去铁等杂质，水洗至pH中性，经过105℃烘干后，研磨过200目筛子得预处理粉煤灰。取预处理后的粉煤灰与2mol/L的氢氧化钠按照固液比1∶4加入1000mL圆底烧瓶中均匀混合，在恒温水浴锅中95℃～100℃的条件下反应一定的时间，取出水洗至pH中性，105℃烘干后，即得粉煤灰合成沸石。2)合成材料制取方法。将粉煤灰合成沸石(以后简称合成沸石)、泥炭与水泥按照质量比8∶1∶4混合均匀获得原料组，将发泡剂与水体积比1∶500的比例溶于去离子水中获得发泡剂溶液，加入到原料组中并搅拌均匀，挤压成一定形状，最后在温度18℃～22℃、相对湿度不小于95%ＲH的条件下养护3d左右，即得合成沸石脱氮除磷材料。另取相同质量配比的天然沸石采用相同的实验条件与制作方法，得天然沸石合成材料，用作对照实验。1．2．2模拟污水模拟污水由氯化铵及磷酸二氢钾溶于去离子水所得，其氨氮浓度50mg/L，总磷浓度5mg/L