天然沸石对氨氮的吸附特性研究_邹娟

山西大学学报(自然科学版)34(3):485～491,2011JournalofShanxiUniversity(Nat.Sci.Ed.)文章编号:0253-2395(2011)03-0485-07＊天然沸石对氨氮的吸附特性研究邹娟,郭雪松,李琳,刘俊新＊(中国科学院生态环境研究中心,北京100085)摘要:从天然沸石对氨氮的吸附动力学、吸附平衡、pH对吸附的影响及其作为垂直流人工湿地(Verticalflowconstructedwetland,VFCW)的填料处理生活污水的效果进行了研究.结果表明,该沸石对氨氮的吸附行为符合Langmuir和Freundlich吸附等温式,最大吸附量为8.10mg/g;与颗粒内扩散模型相比,假二级反应模型能更好地描述沸石对氨氮的吸附全过程;沸石吸附氨氮的最佳pH为4.0～8.0.VFCW对氮的去除率(R,%)前3个月在90%以上,随后的7个月逐渐降低;当进水氨氮累计量与VFCW内沸石可吸附的最大氨氮量的比例(r)≤150%时,R与r呈线性关系.关键词:污水处理;氨氮去除;沸石;吸附;垂直流人工湿地中图分类号:X703文献标识码:A0引言随着我国农村经济的发展,农村水环境污染日趋严重,其治理迫在眉睫[1].人工湿地具有无能耗、运行费用省和操作管理简便等特点,是适用于处理农村生活污水的技术之一[2].传统人工湿地采用土壤作为填料,脱氮效果特别是运行前期的脱氮效果有限.近年来,人工湿地填料的选择已成为研究的热点之一[3-5].天然沸石具有硅铝晶体结构,对氨氮的吸附效果好[6],且来源广泛,价格低廉,将其作为人工湿地的填料,可提高湿地的脱氮效果[7].但沸石对氨氮的吸附性能与人工湿地的脱氮效果之间的联系研究报道很少.在研究沸石对氨氮的吸附性能的基础上,构建以沸石为填料的垂直流人工湿地(Verticalflowconstruc-tedwetland,VFCW),用于处理生活污水,探讨VFCW运行前期的脱氮效果与沸石对氨氮的吸附性能之间的关系,为其设计和运行提供技术支撑.1实验材料与方法1.1沸石吸附剂的制备及其理化性质的测定所采用沸石为不规则颗粒状,粒径4～8mm,容重1.10t/m3,空隙率35%,含水率2.55%.破碎后过100目筛,105℃烘干,用于氨氮的静态吸附批量试验.沸石的晶体结构及矿物成分通过Scintag-XDS-2000型X射线衍射仪(XRD,CuKα,2θ=5～40°)测定;化学组分采用扫描型波长色散X射线荧光光谱仪(WDXRF)测定;表面结构和形貌采用S-3000N(Hitachi)型扫描电子显微镜(SEM);比表面积和孔径通过ASAP200(MicrometriticsCo.)型比表面分析仪测定.1.2沸石对氨氮的吸附动力学用去离子水配制50mg/LNH4Cl溶液,调节pH为7.0,移取450mL于三角瓶中,加入2.5g制备好的沸石,再加入3滴氯仿作为微生物抑制剂,每组3个平行.将三角瓶置于摇床中,180r/min,25℃恒温振荡.在吸附时间分别为0min、5min、10min、20min、30min、1h、2h、3h、5h、7h、10h、14h、20h和24h取样,样品用0.45μm滤膜过滤,分析滤液中的NH+4-N浓度.＊收稿日期:2010-04-22;修回日期:2011-05-12基金项目:国家科技重大专项“水污染控制与治理”资助(编号2008ZX07101-006-03)作者简介:邹娟(1982-),女,湖南人,博士,主要从事水污染控制技术研究.＊通讯联系人:E-mail:jxliu@rcees.ac.cnDOI:10.13451/j.cnki.shanxi.univ(nat.sci.).2011.03.0211.3沸石对氨氮的等温吸附试验用去离子水配制NH4+-N浓度分别为0、5、10、20、30、50、100、200、300和500mg/L的NH4Cl溶液,调节pH为7.0,分别移取50mL于100mL离心管中,加入500mg沸石,再加入3滴氯仿,每组3个平行.将离心管置于摇床中,180r/min,25℃恒温振荡24h后取样,样品用0.45μm滤膜过滤,分析滤液中的NH4+-N浓度.1.4pH对沸石吸附氨氮的影响用去离子水配制50mg/L的NH4Cl溶液,调节pH分别为3、4、5、6、7、8、9、10和11,移取50mL于100mL离心管中,加入500mg沸石,再加入3滴氯仿,每组3个平行.将离心管置于摇床中,180r/min,25℃恒温振荡24h后取样,样品用0.45μm滤膜过滤,分析滤液中的NH+4-N浓度,同时测定溶液的pH.1.5沸石垂直流人工湿地的构建与启动运行垂直流人工湿地(VFCW)面积为0.75m2(L×W=1.5m×0.5m),填料层高度为50c