强酸性阳离子交换树脂对焦化废水中氨氮的去除作用_刘宝敏

收稿日期:2002-12-02基金项目:国家自然科学基金项目(27101040);河南省科技攻关项目(004032400)作者简介:刘宝敏(1977-),男,河南南阳人,硕士研究生,主要研究方向为环境科学与技术.＊通讯联系人文章编号:1671-1629(2003)01-0046-04强酸性阳离子交换树脂对焦化废水中氨氮的去除作用刘宝敏1,林钰2,樊耀亭1＊,侯红卫1＊,秦继征1(1.郑州大学化学系,河南郑州450052;2.河南省教育学院,河南郑州450003)摘要:系统考察了强酸性阳离子交换树脂对高浓度焦化废水中氨氮的吸附行为.实验结果表明:在静态条件下,树脂对焦化废水中氨氮的吸附量为13.3mg/g树脂,对氨氮的最大吸附率为90.87%;在动态实验条件下,当废水流速为0.139～1.667mL/s,氨氮吸附率大于97%时,树脂对氨氮的最大吸附量大于2.5mg/g树脂.失效的树脂用0.5mol/L稀硫酸再生后,可连续使用.在本文条件下,树脂连续再生10次,性能没有发生变化.关键词:离子交换树脂;焦化废水;氨氮;吸附作用中图分类号:X788文献标识码:B焦化废水是以含酚类物质为主的有机工业废水,成分十分复杂,其组成主要取决于原煤的性质、炭化温度和焦化产品回收的工艺等因素.除酚和酚类物质外,焦化废水中还含有脂肪族化合物、杂环类化合物和多环芳香族化合物等有机物质,此外,焦化废水中还含有大量铵盐、硫氰化合物、硫化合物、氰化物等无机盐类.由此可知,焦化废水是造成水体污染的重要污染源,也是一类难处理的有机工业废水[1].目前,国内大型焦化企业大多采用生化处理工艺处理焦化废水.由于焦化废水中氨氮含量高(1500～4500mg/L),在进行生化处理前,通常需要进行蒸氨预处理工艺,通过加碱蒸氨,使焦化废水中的氨氮降至300mg/L以下.因蒸氨工艺动力消耗高,耗碱量大,使蒸氨工艺费用已占焦化废水处理成本的50%以上,由此导致焦化废水处理费用居高不下.因此,降低蒸氨处理费用已成为焦化废水处理工艺的瓶颈问题.人们已对废水中氨氮的去除方法进行了较多的研究,C.L.Mangun等人研究了活性碳纤维在固定化床上对氨的吸附作用[2],Y.C.Chung等人以天然沸石为吸附剂研究了对废水中氨氮和有机物的去除作用[3],但关于离子交换树脂对焦化废水中氨氮的脱除作用尚未见文献报道.本文研究了强酸性阳离子交换树脂对焦化废水中氨氮的吸附作用,取得了有意义的结果.1实验部分1.1主要仪器与试剂仪器:THZ—82B型气浴恒温振荡器,HP—8453型紫外—可见光谱工作站.试剂:强酸性阳离子交换树脂(南开大学精细化工公司),使用前用0.5mol/L的盐酸溶液浸泡24h,再用蒸馏水洗至不含Cl-为止,置于蒸馏水中待用;焦化废水:安阳钢铁集团公司焦化分厂蒸氨前水样,氨氮浓度3180mg/L;试验所用其它试剂均为分析纯.1.2分析方法与数据处理待测水样经蒸馏预处理后,用纳氏试剂分光光度法[4]测定.氨氮吸附量的计算:Q=(C0-C)V/M.氨氮吸附率的计算:Y=(C0-C)/C0.式中Q———氨氮吸附量,mg/g树脂;Y———氨氮吸附率,%;C0———焦化废水中氨氮的初始浓度,第24卷第1期郑州工程学院学报Vol.24,No.12003年3月JournalofZhengzhouInstituteofTechnologyMar.2003DOI:10.16433/j.cnki.issn1673-2383.2003.01.013mg/L;C———经树脂吸附后废水中氨氮的浓度,mg/L;V———废水的体积,L;M———树脂质量,g.1.3实验方法1.3.1静态实验在250mL的血清瓶中分别加入50mL焦化废水和一定量的经预处理的强酸性阳离子交换树脂,室温下(25℃)恒温振荡一定时间,抽滤,分析滤液中氨氮的含量.1.3.2动态实验在Υ2.2cm×20cm的交换柱中装入66.0g已处理的树脂.在交换柱中加入焦化废水,控制一定的流速,用量筒承接出液.用纳氏光度法分析流出液中氨氮的含量.1.3.3树脂再生在交换柱中加入0.5mol/L的稀硫酸作为淋洗液,控制适当的流速直至流出液中不含NH+4,然后再以蒸馏水淋洗至流出液中不含SO2-4为止.2结果与讨论2.1静态试验2.1.1树脂对氨氮的饱和吸附量按照1.3.2的方法,在反应器中加入5g树脂和50mL焦化废水(氨氮浓度3180mg/L),室温下(25℃)恒温振荡,测得氨氮吸附量与吸附时间的关系曲线见图1.图1氨氮吸附量与吸附时间的关系从图1可以看出,在吸附的初始阶段,树脂对氨氮吸附量随反应时间增加而增加,约15min达吸附平衡.其后,进一步增加吸附时间,氨氮吸附均恒定在一定范围内.这说明树脂对焦化废水中氨氮的吸附是快速吸附过程,树脂对氨氮的饱和吸