盐热改性沸石去除氨氮的性能研究

氮是引起水体富营养化的最主要元素之一[1]。为防止传统二级生物出水对受纳水体的富营养化污染问题及进行污水回用以消减废水排放量并减缓水资源的短缺问题，世界各国在污水脱氮方面开展了广泛的研究[2-3]。吸附法脱氨氮技术在近几年受到越来越多学者的关注[4]。吸附法脱氨氮的去除原理主要是非离子氨的吸附作用和与离子氨的离子交换作用，其中应用最广泛的为天然沸石。虽然天然沸石对氨氮具有很强的吸附能力，但由于沸石内部孔道较小，吸附很快达到饱和，不能达到高效去除污染物质的目的，因此必须对沸石颗粒进行孔道改造处理，提高其去除和截留氨氮的能力，保持沸石孔道具有吸附和化学反应特性。研究拟采用盐热改性处理方法对所选择的沸石颗粒进行改性处理，对其孔道进行改造，使沸石晶体内部的孔穴和孔道更加畅通，比表面积增大，活性增强，离子交换性能等得到进一步改善，强化沸石颗粒去除氨氮的能力，并通过扫描电镜和能谱来分析天然沸石和改性沸石在结构上的不同，以期为盐热改性沸石用于氨氮的处理奠定基础。1试验部分1.1试验材料试验用天然沸石产自河北省宣化县洁坤沸石新技术加工有限公司，其化学组成如表1所示。氯化钠、氯化铵均为分析纯；HZQ-F160型全温振荡培养箱；DHG-9053A型电热恒温鼓风干燥箱；WFZUV-2000型紫外可见分光光度计；SX-10-13型箱式电阻炉。1.2试验方法盐热改性：采用不同质量分数（0.4%、1.0%、2.0%、4.0%、6.0%、8.0%、10.0%）的NaCl溶液浸渍天然沸石（固液比为1：50g·mL-1），将天然沸石及NaCl溶液按此比例置于离心管中，在全温震荡器中搅拌2h，取出后用水冲洗至中性，干燥后备用。在最佳改性盐浓度下制备样品，供高温焙烧使用；将吸附剂在不同温度下煅烧，冷却，置于干燥器中备用；对改性后的吸附剂进行吸附试验，确定试验表1沸石主要化学成分（w%）Tab.1Chemicalcompositionofzeolite(w%)成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OLOI含量79.0616.230.460.630.801.800.70.5盐热改性沸石去除氨氮的性能研究江乐勇，林海，赵志英，贾小宇（北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083）摘要：针对二级出水中氮含量较高问题，为降低市政污水二级出水中氨氮的含量，结合国内外相关研究，采用吸附法去除水中的氨氮，对天然吸附剂沸石进行盐热改性处理。结果表明，经过盐热改性后的沸石脱氮能力提高了37.12%，其最佳的改性条件：质量浓度百分数2.0%的NaCl浸渍2h，焙烧温度500℃，焙烧时间0.5h。根据试验数据绘制了盐热改性沸石脱氮的吸附等温线，盐热改性沸石吸附氨氮的等温线较好的符合Freundlich等温线模型。与幂函数相比，叶洛维奇吸附动力学方程能更好的阐明盐热改性沸石在脱氮过程中的吸附机理。通过对材料进行的扫描电镜对比测试分析，可知在制备过程中改变了沸石表面形貌，沸石孔结构得到了充分扩展，微观孔径大小和形状均发生了变化；同时通过EDS分析，可知材料在制备前后其组成成分也发生了相应的变化。关键词：吸附；盐热改性；氨氮；沸石中图分类号：TQ424文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)08-0025-004收稿日期：2009-10-20基金项目：国家“十一五”科技支撑计划重大资助项目（2006BAC19B01）作者简介：江乐勇（1981－），男，博士研究生，研究方向为污水处理联系电话：0134-26323991；E-mail：jly_best@163.com第36卷第8期2010年8月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.8Aug.,201025选取范围内的最佳点。吸附试验：根据二沉池出水指标，配制质量浓度20mg·L-1氨氮溶液，将吸附剂放入烘箱中于50℃烘干0.5h，称取1g吸附剂投加到盛有250mL配制水样的锥形瓶中，然后将锥形瓶放入全温振荡箱中以200r·min-1在25℃的温度下振荡吸附2h，静置后，用0.45μm滤膜抽滤，最后取上清液测定氨氮含量。水样中氨氮含量的测定采用纳氏试剂分光光度法测定[5]。1.3评价指标氨氮吸附容量（q）按式（1）计算：q=ρ0-ρ1M（1）式中，ρ1为吸附平衡氨氮质量浓度；ρ0为初始氨氮质量浓度；M为吸附剂投加量。氨氮去除率（r）可按式（2）计算：r=(ρ0-ρ1)Vρ0V（2）式中，V为水样体积。2结果与讨论天然沸石的吸附试验结果：氨氮去除率为53.29%，剩余氨氮质量浓度9.34mg·L-1，吸附氨氮容量2.66mg·g-1。2.1各因素确定2.1.1NaCl浓度的确定由图1可知，氨氮的去除率随NaCl浸渍质量浓度变化而变化，氨氮的去除率随着NaCl质量分数的增加而