改性沸石吸附低濃度氨氮廢水及其脫附的研究

采用氯化鈉溶液對(duì)某地天然沸石改性,以低濃度氨氮廢水為處理對(duì)象,比較了天然沸石和改性沸石的吸附等溫線、吸附動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)吸附,并進(jìn)行了改性沸石的動(dòng)態(tài)脫附研究。結(jié)果表明,沸石的平衡吸附量隨著平衡濃度的增大而增大;Freundlich方程比Langmuir方程更好地描述沸石吸附低濃度氨氮廢水的行為,改性沸石比天然沸石具有更大的吸附氨氮能力。假二級(jí)方程很好地?cái)M合沸石吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。裝填105 g的改性沸石吸附柱有效處理20 mg/L氨氮的廢水量為40 L,是裝填相同質(zhì)量天然沸石吸附柱的2.67倍,出水氨氮濃度小于5 mg/L。用含氯化鈉和氫氧i化鈉的溶液脫附改性沸石吸附柱吸附的氨氮,脫附率為95.2%。

 氨氮是水體中氮的主要形態(tài)之一,是水體富營(yíng)養(yǎng)化的一種主要污染物。在水污染較嚴(yán)重的地區(qū),執(zhí)行越來越嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),如江蘇省在太湖地區(qū)污水處理廠氨氮排放限值執(zhí)行5 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)(DB32/1072-2007)。太湖流域不少污水處理廠面臨提標(biāo)的問題,需要強(qiáng)化氨氮的去除。因此,有必要研究既經(jīng)濟(jì)又有效的低濃度氨氮去除方法。由于沸石資源在我國儲(chǔ)量豐富、成本低廉,利用沸石處理廢水中低濃度氨氮無疑是一種有前景的方法。天然沸石可以有效吸附廢水中的氨氮,但由于天然沸石的吸附容量較小,再生頻繁,影響其大規(guī)模應(yīng)用。近年來,國內(nèi)研究人員研究天然沸石改性,取得了較好的效果,但這些研究針對(duì)較高濃度的氨氮廢水。

不同產(chǎn)地粉末狀沸石去除水中低濃度氨氮性能比較

通過靜態(tài)試驗(yàn)比較了不同產(chǎn)地粉末狀沸石去除水中低濃度氨氮的性能.結(jié)果表明,不同產(chǎn)地粉末狀沸石對(duì)氨氮的吸附性能差別較大,按吸附容量由高到低依次為:縉云沸石≈阜新沸石＞信陽沸石＞赤峰沸石;不同產(chǎn)地的粉末狀沸石對(duì)氨氮的去除率達(dá)到蕞大時(shí)的pH值不同,縉云沸石和阜新沸石在pH值為6時(shí)對(duì)氨氮的去除率蕞高,信陽沸石和赤峰沸石則在pH值分別為8和10時(shí)蕞高.對(duì)沸石吸附前、后水中離子濃度的測(cè)定結(jié)果表明,沸石吸附氨氮不會(huì)增加水中有害離子的濃度,用于對(duì)飲用水的處理是可行的.

 氨氮為微污染水源水中的常見污染物,其含量多在5 mg/L以下,常規(guī)工藝對(duì)其基本無去除作用。沸石對(duì)氨氮具有很強(qiáng)的選擇吸附能力,且比表面積越大吸附能力越強(qiáng)。但已有的研究多集中在顆粒狀沸石對(duì)水中較高濃度氨氮的吸附處理上,而對(duì)粉末狀沸石去除水中低濃度氨氮的研究報(bào)道尚不多見。為此,筆者對(duì)比了不同產(chǎn)地的4種粉末狀沸石對(duì)模擬微污染地表水中低濃度氨氮的吸附性能,同時(shí)考察了pH值和水中的共存陽離子對(duì)氨氮去除率的影響,以及經(jīng)沸石吸附后水中離子濃度的變化情況,以期為沸石的選擇提供依據(jù)。

沸石對(duì)生活污水氨氮處理的優(yōu)勢(shì)

沸石對(duì)生活污水氨氮處理的優(yōu)勢(shì) 選擇沸石去除氨氮主要是利用沸石對(duì)陽離子的選擇換吸附能力以及可以再生的特性。沸石的選擇換吸附能力既要依靠表面的色散力，也要依靠?jī)?nèi)部較大的靜電力。由于沸石晶格孔穴中分布有陽離子，部分結(jié)構(gòu)也具有負(fù)電荷，從而形成強(qiáng)大的電場(chǎng)，吸附能力很強(qiáng)，因此對(duì)氨氮具有較大的吸附效應(yīng)。此外，沸石還具有強(qiáng)大的離子交換性能。沸石孔穴的直徑為0.6-1.5nm，而銨離子直徑約為0.286nm，這就使得離子態(tài)的氨氮能夠通過沸石中的孔穴和通道到達(dá)沸石表面，與沸石晶格中的Ca2 、Na 等陽離子發(fā)生交換，將其置換下來，使水中的氨氮量減少。為了更好地去除廢水中的氨氮，可以對(duì)沸石進(jìn)行改性來提高沸石對(duì)氨氮的吸附能力。 另外，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，沸石的粒徑大小對(duì)氨氮的吸附效果有顯著的影響。天然沸石的粒徑越小，濾液中氨氮的濃度越低，沸石對(duì)污水中氨氮的去除能力越高，其中粒徑1-2mm的天然沸石對(duì)氨氮的吸附率變化范圍相比粒徑3-5mm的天然沸石可提高近20%。這是因?yàn)槠渌蛩叵嗤膶?shí)驗(yàn)條件下，沸石的粒徑越小，其單位面積的沸石與污水水樣的接觸面積就越分散，比表面積相對(duì)越大，水中的分子態(tài)和離子態(tài)氨氮更容易與沸石接觸，吸附交換的速率就越大。而粒徑較大的沸石易達(dá)到動(dòng)態(tài)吸附平衡，對(duì)氨氮的吸附效果相對(duì)較差，吸附容量較低，氨氮去除率就越低。 總之，沸石是一種效果穩(wěn)定、綠色環(huán)保的水處理吸附劑，經(jīng)改性后的沸石性能好、處理，適合用于綜合治理污水等工程，具有較強(qiáng)的廢水污染物處理能力，如對(duì)生活污水中的磷化物，工業(yè)廢水中的重金屬離子、有機(jī)物等污染物有明顯的去除效果，因此符合我國環(huán)保發(fā)展理念，值得開發(fā)與推廣應(yīng)用。

天然沸石在農(nóng)業(yè)上提高磷的釋放能力

沸石本身含磷很少,有的沸石只含有微量的磷,但沸石或沸石交換體通過沸石上的吸附性陽離子和磷礦石中的Ca2 進(jìn)行交換以重新釋放石灰性土壤中累積的難溶性磷。

斜發(fā)沸石可使磷肥緩慢釋放岀來;銨飽和沸石可以改善土壤供磷狀況,提高磷肥利用率,其溶解石灰性土壤中難溶性磷的能力是對(duì)照的4.8~12.9倍,使土壤有效磷増加。在南方酸性土壤上,土壤對(duì)磷的固定能力比較強(qiáng),磷肥有效性低。

如果將沸石和磷礦粉混合施用,一方面可減少速i效磷被鐵和鋁圊定;另一方面又可以促進(jìn)磷礦石中磷的釋放,效果優(yōu)于過磷酸鈣;但在酸性較強(qiáng)的土壤上,因沸石有次生固磷作用,土壤有效磷增加不明顯。在堿性土壤上,沸石可減少水溶性磷轉(zhuǎn)化為磷酸八鈣。

沸石可吸收水溶性和弱酸溶性磷,沸石施入土壤后可明顯増加土壤的吸磷量,沸石增加的吸磷量有60%~80%是很容易釋放的,所以沸石的施用不但不會(huì)造成土壤有效磷的固定,而且還可以促進(jìn)土壤有效磷的釋放。

但沸石吸附的陽離子種類不同,其釋放難溶性磷的能力也相差較大。各種陽離子釋磷能力依次為Al-沸石>Na-沸石>NH-沸石>K-沸石>Mg-沸石>Ca-沸石。