高岭土同步去除农村生活污水中氮磷的机理及应用研究_闫茂群

PIONEERINGWITHSCIENCE&TECHNOLOGYMONTHLYNO.42011农村生活污水过去一直就近排入周围水体中，由于污水中含浓度较高的氮、磷等植物营养物质，是造成大面积水体富营养化而引起水质恶化的罪魁祸首。在我国由于水体富营养化而造成的经济损失难以计数。为控制污水中氮磷的污染，国家制定了相应污水中氮、磷排放的标准限值。随着我国生态文明建设的深入，对新农村建设中生活污水处理制定相应政策和措施，国家科技部通过星火计划给予资金支持。人们对新农村建设中生活污水处理开展了大量研究，天然的及改性的硅酸盐材料如沸石、蛭石等，因为比表面积大、孔隙多和极性强等特点，具有优良的吸附、催化性能，可广泛用于各种废水的处理。国内有人利用高岭土对污水中氮磷、COD及重金属等去除进行研究并取得了好的结果，而利用高岭土对农村生活污水中氮磷同步去除鲜有报道。笔者模拟农村生活污水，研究了高岭土同步去除氮磷的效果及动力学机理，为开发高效、廉价的脱氮除磷矿物材料提供借鉴。1实验部分1．1材料与仪器200~300目的高岭土（主要含Al2O3、SiO2和少量的Fe2O3、TiO2、K2O、Na2O、CaO和MgO等，化学式为Al2O3·2SiO2·2H2O；C．P），浓硫酸（A．R），氢氧化钠（A．R），碘化汞（A．R），碘化钾（A．R），酒石酸钾钠（A．R），氯化铵（A．R），硫代硫酸钠（A．R），浓盐酸（A．R），过硫酸钾（A．R），抗坏血酸（A．R），钼酸铵（A．R），酒石酸锑钾（A．R），磷酸二氢钾（A．R）。S20PpH计（瑞士梅特勒—托利多公司），BSA623S－CW电子天平（德国赛多利斯股份公司），1200H超声波清洗机（上海科导超声仪器有限公司），DSX－280不锈钢灭菌器（上海中安医疗器械厂），PC－420D恒温磁力加热搅拌器（CorningLifeSciences），ZK－82型真空干燥箱（上海市实验仪器总厂），722E可见分光光度计（天津市普瑞斯仪器有限公司）。氮磷模拟污水：称取0．191g氯化铵（NH4Cl）及0．018g磷酸二氢钾（KH2PO4）用水溶解后转移至1000mL容量瓶中，稀释至标线并混匀，所配制污水中C（NH3－N）＝50mg／L、C（TP）＝4mg／L，pH约7。1．2实验、分析方法称取一定量的高岭土于锥形瓶中，加入50ml模拟生活污水于恒温磁力搅拌器上进行反应，并控制反应温度及转速，至一定反应时间后过滤混合液，迅速测定滤液中TP、NH3－N吸光度或浓度。氨氮（NH3－N）采用GB7479－87纳氏试剂光度法测定；总磷（TP）采用GB11893－89钼酸铵分光光度法测定。所测溶液的吸光度和污水中氨氮及TP浓度符合朗伯—比尔定律。以吸光度A作为它们浓度的参考指标，最终分别求得氮（磷）的去除率ηN（ηTP），计算公式如下：ηNorηTP＝∑A0i-∑Aj∑A0i∑∑×100%（1）式（1）中：A0i表示模拟水样中氨氮（总磷）分别在波长420nm（700nm）处测得的吸光度；Aj表示处理后的模拟水样中氨氮（总磷）波长在420nm（700nm）处测得的吸光度。高岭土吸附模拟水样中氨氮QN（mg／g）或总磷的量QTP（mg／g）根据式（2）计算：QNorQTP＝（c0-ct）×Vm（2）式（2）中：c0为模拟水样中氨氮或总磷浓度，mg／L；ct为处理t时间后模拟水样残留的氨氮或总磷浓度，mg／L；V为所取模拟水样的体积，L；m为高岭土的质量。1．3正交试验设计采用4因素5水平对高岭土处理高岭土同步去除农村生活污水中氮磷的机理及应用研究*闫茂群龙焙熊冰清卢静静郑希李庆新余训民（武汉工程大学环境与城市建设学院湖北武汉430073）摘要：探讨了高岭土的用量、反应时间、反应温度及搅拌转速等因素对农村生活污水中氮磷同时去除效果的影响，结果表明：氨氮去除最优组合为10g、50min、30℃、300rpm，TP去除最优组合为10g、50min、40℃、300rpm；两种组合下高岭土对农村生活污水中氨氮及TP的去除率分别为46．02％、83．04％和44．65％、84．02％；并研究了高岭土对生活污水中氮磷吸附动力学及机理，为开发高效、廉价的脱氮除磷矿物材料提供借鉴。关键词：高岭土；脱氮除磷；吸附；动力学机理；应用研究中图分类号：X703文献标识码：A*基金项目：2010年度国家星火计划（项目编号：2010GA760030）；武汉工程大学大学生校长创新基金（项目编号：2010［3］041）作者简介：余训民（1957~），男，武汉工程大学环境与城市建设学院教授，研究方向：水污染控制技术及废物资源化利用技术研究；闫茂群（1987~），男，武汉工程大学环境与城市建设学院2008级本科生，研究方向：水污染控制技术研究。收稿日期：2011－01