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1、 本科毕业论文利用沸石吸附水中氨氮的研究 专 业 制药工程 学 生 姓 名 陈 勇 班 级 B制药071 学 号 0710309131 指 导 教 师 赵玲玲 专业系 主 任 蔡照胜 完 成 日 期 2011年06月01日 利用沸石吸附水中氨氮的研究摘要：氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。实验研究了人造沸石对低浓度氨氮的吸附行为,考察了沸石投加量、温度、吸附时间、氨氮浓度、溶液pH 值以及Ca2+ 、Mg2+ 竞争阳离子对人造沸石吸附低浓度氨氮的影响。结果表明,在投加1.174 g/ 50mL 的人造沸石,pH 值为6 ,温度为25 ,吸附时间为40min的条件下
2、,丝光沸石对高浓度氨氮的去除率可达80%以上。Ca2+ 、Mg2+竞争阳离子在一定程度上抑制丝光沸石对氨氮的吸附。关键词：沸石 ；水 ；氨氮 ；吸附 ；氨氮Use zeolite adsorption of ammonia nitrogen in waterAbstract: Ammonia nitrogen refers to the water to free ammonia (NH3) and ammonium (NH4+) exists in the form of nitrogen. Experimental study the zeolite low concentration o
3、f ammonia nitrogen adsorption behavior, inspected the zeolite dosing quantity, temperature, time, ammonia nitrogen adsorption, the solution pH value and Ca2+ 、Mg2+ competition cationic for artificial zeolite adsorption effect of low concentration of ammonia nitrogen. The results showed that, in the
4、dosing 1.174 g / 50mL man-made zeolite, pH value for 6, the temperature is 25, adsorption time for 40min conditions, to high concentrations of ammonia nitrogen silk zeolite had up to 80%. Ca2+ 、Mg2+ competition in a certain extent inhibit cationic silk zeolite of ammonia nitrogen adsorption.Key word
5、s: Zeolite; Water; Ammonia nitrogen; Adsorption; Ammonia nitrogen目 录1文献综述11.1氨氮的基本概况11.2氨氮诱发的危害11.2.1水体富营养化11.2.2影响水质及经济价值受损21.2.3危害人类及生物生存31.3水体中氮的重要来源31.4我国氨氮废水概况31.5氨氮废水处理方法41.6沸石吸附法除去氨氮51.6.1目前研究概况51.6.2沸石去除氨氮的机理51.6.2.1沸石的结构特点51.6.2.2沸石的高效吸附性能61.6.2.3沸石的阳离子交换性能61.6.2.4沸石去除氨氮步骤71.7沸石去除氨氮效果的影响因素7
6、1.7.1沸石去除氨氮效果的影响因素71.7.2接触时间对去除氨氮的影响71.7.3沸石粒径对去除氨氮的影响71.7.4 pH值对去除氨氮的影响71.7.5干扰离子对去除氨氮的影响81.8本课题的目的及内容82实验部分92.1 实验药品及装置92.1.1 实验药品92.1.2 实验装置102.1.3 实验方法113 结果与讨论123.1沸石投加量对氨氮吸附的影响123.2温度对沸石吸附氨氮的影响123.3时间对沸石吸附氨氮的影响133.4 pH对沸石吸附氨氮的影响143.5竞争性阳离子对沸石吸附氨氮的影响154 结论17参考文献17致谢201文献综述1.1 氨氮的基本概况随着城市人口的日益膨胀
7、和工农业的迅速发展，氨氮污染的来源越来越广泛，排放量也越来越大，氨氮的污染日益严重。氨氮排入水体，特别是进入流动较缓慢的湖泊、海湾，容易引起水中藻类及其它微生物大量繁殖，形成富营养化污染，这除了不但会造成自来水处理厂运行困难，饮用水异味外，而严重时会使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，甚至会导致湖泊的干涸消亡 1。氨氮的存在使给水消毒和工业循环水杀菌处理过程中氯量增大；对某些金属，特别是对铜具有腐蚀性；当污水回用时，再生水中的氨氮可以促进输水管道和用水设备中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水设备，并影响换热效率，更严重的是氨氮是造成水体富营养化的重要原因。氨氮存在于许多工业废水中。钢铁、炼油
8、、化肥、无机化工、铁合金、玻璃制造、肉类加工和饲料生产等工业，均排放高浓度的氨氮废水。某些工业自身会产生氨氮污染物，如钢铁工业（副产品焦炭、锰铁生产、高炉）以及肉类加工业等。而另一些工业将氨用作化学原料，如用氨等配成消光液以制造磨砂玻璃。此外，皮革、孵化、动物排泄物等废水中氨氮初始含量并不高，但由于废水中有机氮的脱氨基反应，在废水存积过程中氨氮浓度会迅速增加 2。不同类型的工业废水中氨氮浓度千变万化，即使同类工业不同工厂的废水中氨氮浓度也不完全相同，这取决于原料性质、工艺流程、水的耗量及水的复用等。进入水体的氮主要有无机氮和有机氮之分。无机氮包括氨态氮（简称氨氮）和硝态氮，氨氮包括游离氨态氮N
9、H3N和铵盐态氮NH4+N。硝态氮硝酸盐态氮NO3-N和亚硝酸盐态氮NO2-N。亚硝态氮不稳定可以还原成氨氮，或氧化成硝态氮。有机氮有尿素、氨基酸、蛋白质、核酸、尿酸、脂肪胺、有机碱、氨基糖等含氮的有机物。在一定的条件下有机氮会通过氨化作用转化成无机氮。1.2 氨氮诱发的危害1.2.1 水体富营养化氨氮是引起水体富营养化的主要因素之一,所谓“富营养化”是湖泊分类与演化方面的概念，过量的植物性营养元素氮、磷排入水体会加速水体富营养化的进程。水体富营养化现象是指在光照和其它适宜环境条件情况下，水中含有的植物性营养元素氮的营养物质使水体中的藻类过量生长，在随后的藻类植物的死亡以及异样微生物的代谢活动
10、中，水体中的溶解氧逐步耗尽，造成水体质量恶化、水生态环境机构破坏 23。当水体中含N0.2mg/L，含P0.02mg/L水体就会营养化。水体营养化后会引起某些藻类恶性繁殖，一方面有些藻类本身有藻腥味会引起水质恶化使水变得腥臭难闻；另一方面有些藻类所含的蛋白质毒素会富集在水产物体内，并通过食物链影响人体的健康，甚至使人中毒。如海生腰鞭毛目生物（Dinoflagellata）的过度繁殖能使海水呈红色或褐色，即俗称“赤潮”；沟藻属（Gonyaulax）是形成赤潮的常见种类，它们所产生的毒素会被贝类动物所积累，人体食用后会引起严重的胃病甚至死亡。水体中大量藻类死亡的同时会耗去水体中的溶解氧，从而引起水
11、体中鱼虾类等水产物的大量死亡，致使湖泊退化、淤泥化，甚至变浅、变成沼泽地甚至消亡4。据统计，我国平均每年有20个天然湖泊消亡。我国广东珠海沿江、厦门沿海、长江口近海水域、渤海湾曾多次发生藻类过度繁殖引起的赤潮，造成鱼类等水产物大量的死亡，使海洋渔业资源遭到的破坏，经济损失严重。例如，2000年9月连云港港口水域发生严重赤潮，面积达30多平方公里。现场检测表明：港区内海水总氮浓度为0.0280.039mg/L，总磷浓度达0.0720.135mg/L，大大超过海水标准0.0150.045mg/L的含磷值，pH值达8.4 5。2004年渤海和黄海水域共发生赤潮25次，累计发生面积达7340平方公里，
12、赤潮发生次数和面积分别比2003年增加1.5倍和1倍，而水体一旦富营养化后没有几十年的时间是很难恢复的，有的甚至无法恢复，如美国的伊利湖是典型的富营养湖，科学家估计需要100年才能恢复。1.2.2 影响水质及经济价值受损通常1mg氨氮氧化成硝态氮需消耗4.6mg溶解氧。水体中氨态氮愈多，耗去的溶解氧就愈多，水体的黑臭现象就越发严重。这就影响了水体中鱼类等水生生物的生存，使其易因缺氧而死亡。富营养的水质不仅又黑又臭，且透明度差（仅有0.2m），往往影响了江河湖泊的观赏和旅游价值。随着改革开放的深入，人民群众的生活水平日趋提高，旅游已成为人们越来越广泛的需求。而水质优良的江河、湖泊、公园是城市景观
13、的重要组成部分，也是人们生活娱乐、游泳、观赏、休闲的最佳场所。但我国的大部分湖泊已呈现出不同程度的营养态。有些通常发黑、发臭，人们已无法在其中游泳、游览了，更观赏不到鱼类在其中嬉戏的情景，大大降低了这些湖泊的利用价值。影响当地人民的生活，并且也严重影响当地的旅游业发展，造成较大的经济损失。1.2.3 危害人类及生物生存当水体中pH值较高时。氨态氮往往呈游离氨的形式存在，游离氨对水体中的鱼及生物皆有毒害作用，当水体中NH3-N1mg/L时，会使生物血液结合氧的能力下降；当NH3N3mg/L在2496h内金鱼及鳊鱼等大部分鱼类和水生物就会死亡。人体若引用了NO3-N10mg/L或NO3-N50mg
14、/L的水，可使人体内正常的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，失去血红蛋白在体内的输氧能力，出现缺氧的症状，尤其是婴儿。当人体血液中高铁血红蛋白70%时会发生窒息现象。若亚硝酸盐长时间作用于人体可引起细胞癌变。经水煮沸后的亚硝酸盐浓缩，其危害程度更大。以亚硝酸盐为例，自来水中含量为0.06mg/L时，煮沸5min后增加到0.12mg/L，增加了100%。亚硝酸盐与胺类作用生成亚硝酸胺，对人体有极强的致癌作用，并有致畸胎的威胁。美国推荐水中亚硝酸盐的最高允许浓度时1mg/L，而我国上海第一医院建议在饮用水中的亚硝酸盐的浓度必须控制在0.2mg/L以下。1.3 水体中氮的重要来源水体中的氮营养来源是多方面
15、的，其中人类活动造成的氮的来源主要有以下几方面:（1）未经处理的工业和生活污水直接排入河道和水体：这类污水的氨氮含量高，排入江河湖泊，造成藻类过度生长的危害最大。城市污水、农业污水，食品等工业的废水中含有大量的氮、磷和有机物质。据统计，全世界每年施入农田的数千万吨氮肥中约有一半经河流进入海洋。美国沿海城市每年仅通过粪便排入沿海的磷近十万吨。（2）污水处理场出水：采用常规工艺的污水处理厂，有机物被氧化分解产生了氨氮，除了构成微生物细胞组分外，剩余部分随出水排入河道，这是城市污水虽经过二级常规处理但河道仍然出现富营养化和黑臭的重要原因之一。（3）面源性的农业污染物，包括废料、农药和动物粪便等。1.
16、4 我国氨氮废水概况我国水资源严重缺乏，人均淡水资源仅为世界平均水平的四分之一，另一方面国内主要的河流、湖泊和地下水均出现不同程度污染，而且污染还有加剧趋势。据环保部门监测，氨氮是主要污染物之一，我国大部分河流、湖泊和近海的水体中氨氮浓度均超过国家三类水的标准，有些甚至达到劣五类。氨氮对环境的主要危害是在进入水体后成为藻类等生物的营养元素，导致水体中有毒生物在短时间内大量繁殖，同时消耗水中的溶解氧，产生所谓赤潮或富营养化，严重威胁鱼虾生命安全和人畜健康。近年来，由此导致的突发性环境污染事故时有发生，严重影响我国社会的可持续发展。工业过程排放的含氨废水是污染水体并造成水体中氨氮浓度升高的主要点源
17、。对比在河流、湖泊等层次上进行的氨氮污染修复，从生产源头减少氨氮生产、提高生产过程的氨循环利用率，以及提高企业污水处理厂的氨氮脱除效率，不仅可以大大降低治污成本，而且可以减少氨资源的消耗，是现阶段预防我国江河湖海氨氮污染进一步恶化的主要手段。1.5氨氮废水处理方法在工业过程中，氨进入废水大途径主要有两种：首先是在资源加工过程中，资源中的氮以氨的形式进入废水，如轻工、石化、焦化等行业；其次，氨作为一种价格低廉但性能优良的酸中和剂，被广泛用于有色冶金、化工等行业，但是大部分氨最终并未进入产品，而是进入废水。在不同行业，生产过程排放的工艺废水中所含氨氮浓度有相当大的差别，从每升几十毫克到超过二万毫克
18、。虽然已报道的污水脱氨方法很多，但真正得到工业应用的技术较少，主要有空气吹脱法、蒸氨法、精馏法、生物硝化-反硝化法等、吸附和离子交换法等 6。空气吹脱法三以空气为气提剂，在气提塔中将碱性水中的分子态氨从水中脱除，这种工艺可以将浓度在每升几百到几千毫克的氨氮废水处理到国家排放标准，但它存在的最大问题是氨由水相进入大气后，又造成新的污染。蒸氨法是利用热源，将水中的氨转变成硫酸铵晶体，这种方法主要处理氨氮浓度较高的废水，而且不用担心设备结垢，但缺点是设备投资较大、能源利用率低，而且只能得到使用价值不大的硫酸铵。生物硝化-反硝化法三利用硝化细菌和反硝化细菌将水中的氨转变成氮气，这种方法在处理低浓度氨氮
19、废水时具有较明显优势，但处理高浓度氨氮废水和水中含有毒性物质的氨氮废水尚存在一定难度。精馏法利用多极蒸馏技术在同一塔内将氨从水中分离，一方面将氨浓缩成高附加值浓氨水或液氨，同时可使水中的氨氮浓度可以降低到国家一级排放标准（15mg/L）。该技术比较适合处理氨浓度在1000mg/L以上的废水，但当水中含有易结垢的化学物质时，传统精馏工艺容易出现塔内件结垢现象。吸附法和离子交换法由于具有占地面积小,工艺简单,操作方便等优点,常被用于含氨氮污水的处理中。与价格较贵的离子交换树脂相比,沸石是一种廉价的无机多孔材料, 具有较大的比表面和较强的离子交换能力,尤其是对氨氮有较高的离子选择性 711；且沸石粒
20、径越小,这种性能越明显 12。利用它去除污水中的氨氮,具有效率高 13,工艺简单,处理成本低等特点,有着很好的应用前景。1.6 沸石吸附法除去氨氮1.6.1目前研究概况迄今，利用沸石吸附法除氨氮的相关研究报道较多 1415, 将其用于去除生活污水中的低浓度氨氮很少见报道。粉末状沸石在处理低浓度氨氮方面优势显著,既能有效地吸附, 又因水中氨氮浓度不高而饱和时间可以持续较长。另外, 沸石吸附饱和后, 可制成沸石氮肥, 有数据表明叹沸石在土壤中解吸速率较慢,有利于作物对肥料的吸收而提高肥料利用率, 因此,沸石在土壤保水、提高肥效方面有重要的开发价值。沸石本身是一种良好的土壤改良剂 1620,因此,可
21、以考虑首先利用沸石吸附氨氮,再用饱和吸附了氨氮的沸石作为土壤改良剂。本文首先对沸石吸附低浓度氨氮的工艺条件进行研究。 1.6.2 沸石去除氨氮的机理1.6.2.1 沸石的结构特点沸石是一族含碱金属和碱土金属离子,具有架状结构的含水铝硅酸盐矿物。其主要含 Na、Ca 和少数的 Sr、Ba、K、Mg 等金属离子。 它的一般化学式可用(Na, K )x (Mg, Ca, Sr, Ba)y Alx + 2y Sin - (x + 2y ) O 2n m H2O 表示, 式中, Al 的个数等于阳离子的总价数, O 的个数为 Al 和 Si 总数的 2 倍。沸石是架状构造硅酸盐矿物, 主要由三维硅(铝)
22、氧格架组成。硅氧四面体是沸石架状结构的基本单位, 由一个处于中心的硅离子和 4 个分别位于角顶的氧离子构成, Si- Si 离子间距离约0.16 nm, O - O离子间距离约为0.26 nm。硅氧四面体中的硅离子可被铝离子置换,形成铝氧四面体AlO4,其中,Al- O离子间距离约为0.175 nm, O - O离子间距离约为0.286 nm。硅氧四面体通过4个角顶 ( 不能通过四面体的棱和面) 彼此连接, 构成硅氧四面体群。每个硅氧四面体中, Si 与 O 之比为 12。若其中部分硅被铝置换, 因Al 是正三价, 在铝氧四面体中,有一个氧离子的负一价得不到中和,而出现负电荷.为了平衡这些负电
23、荷,相应就有金属阳离子加入 21。沸石离子交换选择性由强到弱顺序是: Cs+， Rb+ ,K+ , NH3 ,Na+ , Li+ , Ca2+ , Mg2+ 22。沸石与NH4+ 的交换过程可用式(1) 表示。Na+ Z- + NH4+ NH4+ Z- + Na+ (1)其中Z代表沸石骨架。1.6.2.2 沸石的高效吸附性能由于硅(铝)氧四面体连接方式不同, 在沸石结构中便形成很多内表面很大的孔穴和孔道, 可以吸附大量分子。各种沸石表面积为 4401030 m2/g, 如此大的表面积, 当然具有很好的吸附表面色散力的作用范围刚好, 所以沸石对氨氮具有吸附性能。又由于沸石孔穴的直径为0.61.5
24、nm,孔道直径为0.31nm, NH4+直径为0.286 nm (NH3更小), 表面色散力的作用范围刚好, 所以沸石对氨氮具有吸附性能。由于氨氮的直径与沸石孔穴和孔道的直径相当, 所以处于沸石孔道和孔穴中的分子受到各方面孔壁的色散力作用,便产生孔壁场迭加, 形成超孔效应,使其吸引力特别强。另外沸石晶格孔穴中分布有阳离子, 同时部分格架氧也具有负电荷,这样在这些离子周围便形成强大的电场。沸石因为有色散力和静电力的共同作用, 故其对氨氮具有强大的吸附效应。吸附主要是去除废水中处于分子态的氨氮 21,23,24。1.6.2.3 沸石的阳离子交换性能因为沸石格架中具有阳离子, 所以沸石具有阳离子交换
25、性能。沸石中阳离子的位置, 一般在沸石的孔穴或孔道内, 在结构比较密集的沸石中, 只有一种阳离子位置, 并为阳离子完全占据。沸石孔穴的大小, 直接影响离子交换的进行。从上面的分析中可知离子态的氨氮可以通过沸石中的孔道和孔穴而与阳离子进行离子交换而被去除 2425。交换后的沸石结构并没有被破坏,使得沸石具有离子交换的特性。这一特性于1858 年被Eichorn 首先发现 26。1.6.2.4 沸石去除氨氮步骤 氨氮在水中以离子态NH4+和分子态 NH3两种形式存在。 沸石去除氨氮主要步骤为: 两种形式的氨氮自溶液本体向沸石表面迁移, 部分分子态的氨氮在颗粒外表面动态吸附平衡；颗粒外表面流体界面膜
26、内的传质；颗粒内的扩散和分子态的氨氮在孔隙内的动态吸附平衡；离子态的氨氮在孔隙表面上的动态离子交换过程平衡；交换后的离子向溶液本体扩散 24,27。1.7 沸石去除氨氮效果的影响因素1.7.1 沸石投加量对去除氨氮的影响大量实验 28,29,30 研究结果表明，沸石的去除率与沸石投加量在一定范围内呈正相关关系，即氨氮的去除率随沸石投加量的增加而增长，当沸石投加量达到一定程度后，氨氮去除率逐渐趋于平缓。本研究结果与之一致。1.7.2 接触时间对去除氨氮的影响黑宇峰等 31 采用浙江缙云沸石(65目)在 15min内对氨氮去除率达到66%，与本文结论有一定偏差。付婉霞等 32 实验解释了这一原因，
27、在O-20min时沸石对氨氮有明显去除作用，2030min出现一个反吐现象，接着去除作用明显增强。出现反吐及反吐发生后沸石对氨氮的去除能力明显增强的现象，说明前3Omin沸石对氨氮的去除是吸附和离子交换共同作用的结果，3Omin后以离子交换作用为主。1.7.3 沸石粒径对去除氨氮的影响研究表明为沸石粒径越小，其比面积相对越大，水中NH4+与其接触的几率越大，反应出来的交换速率越大；而粒径大的沸石在吸附NH4+过程中易在沸石的外表面达到动态吸附平衡，和空隙内的动态离子交换平衡，因此表现出粒径大的沸石对氨氮的吸附量偏低。1.7.4 pH值对去除氨氮的影响刘玉亮等 33 认为pH值为6时对氨氮的去除
28、率最高；而李晔等的结论是pH值在3.5-8时，对氨氮的去除率随pH值的升高而增大 34。刘玉亮等试验所用的沸石来自浙江给云，其结论与笔者对给云沸石的试验结果一致；严刚 35 所用沸石来自甘肃白银，魏彩春采用a-改性沸石。出现这种现象是由于在pH值较低时， H+的浓度较高，NH4+必须在沸石交换位置上与H+产生竞争交换，故沸石对NH4+的去除率较低。当水的pH值接近7时，H+的影响较小，主要表现为沸石对NH4+的交换吸附，因而沸石对NH4+的吸附率达到最高。当pH值继续升高，水中OH-增多，NH4+易与OH-结合，形成游离态的NH3。NH3不带电，不易与沸石中的Na+发生离子交换，主要依靠沸石的
29、表面吸附作用，故沸石对NH4+的去除率降低，而且当pH值达到碱性范围后，NH4+与OH-结合形成氨气，溶液中NH4+浓度逐渐变小，从而使水体中NH4+浓度降低。1.7.5 干扰离子对去除氨氮的影响污水中的部分阳离子会产生交换竞争。在一般的城市污水阳离子组成中，K+为主要的干扰离子，Ca2+、Mg2+、Na+的影响较小，其影响程度随着浓度的上升呈较为均匀的增加。Mc veigh等发现Ca2+、Mg2+、Na+、K+4个干扰阳离子中，K+对NH4+的离子交换过程抑制作用最明显，可使氨氮的去除率减少20%以上。1.8本课题的目的及内容目前，全国环境污染恶化的趋势得到基本控制，部分城市和地区环境质量有
30、所改善，环境保护目标基本实现，但是主要湖泊富营养化问题依然突出，海域赤潮现象频繁发生，氨氮是造成富营养化的重要原因之一，各种工业的迅速发展也使氨氮的排放量大大增加，所以，国家应该将氨氮排放总量纳入控制计划。含氨氮废水的治理是目前一直比较难于解决的问题，所以本试验采用过60-80目筛的粉状沸石吸附处理氨氮废水，研究沸石投加量,温度，吸附时间,pH 等工艺条件以及Ca2+ , Mg2+竞争阳离子对沸石吸附氨氮的影响, 力求找到一条有效去除污水中氨氮的工艺途径。2 实验部分2.1 实验药品及装置2.1.1 实验药品实验所用的沸石来自国药集团化学试剂有限公司，为人造沸石（ Permutit ），它由N
31、a2O、Al2 O3、SiO2及结晶水组成，其一些基本性质如表1-1.表1-1 人造沸石（Permutit）的一些基本性质化学式Na2OAl2 O3x SiO2y H2O目6080CP/APCP(化学纯)技术条件符合Q/CYDZ 63-2005性状不规则乳白色结晶颗粒度试验55.0%灼烧失重15.030.0%水可溶物1.5%钙离子交换能力/(mg/g)23.0实验中用到的另外一种主要药品为氯化铵（Ammonium chloride），它来自江苏彤晟化学试剂有限公司，其一些基本情况和性质如表1-2及表1-3.表1-2 氯化铵（Ammonium chloride）的一些基本性质分子式NH4Cl分子
32、量53.49CP/APAP(分析纯)含量（NH4Cl）99.5%pH (50g/L,25)4.55.5批号091101技术标准符合GB/T 658-2006通过ISO 9001 质量体系认证通过ISO 14001 环境体系认证表1-3氯化铵（Ammonium chloride）杂质最高含量水不容物0.005%澄清度试验/号3灼烧残渣（以硫酸盐计）0.02%硫酸盐（SO42-）0.005%磷酸盐（PO43-）0.0005%钠（Na）0.005%钙（Ca）0.001%铁 (Fe)0.0005%镁 (Mg)0.001%钾 (K)0.005%其它药品的基本情况见表1-4表1-4实验中其它药品的情况药品
33、生产厂家无水氯化钙（CaCl2）上海化学试剂总厂所属上海试剂四厂无水硫酸镁（MgSO4）上海化学试剂总厂所属上海试剂四厂氧化钠（NaOH）无锡市龙吉利化工试剂有限公司硫酸（H2SO4）宜兴市第二化学试剂有限公司纳氏试剂自行配置酒石酸钾钠上海市申翔化学试剂有限公司2.1.2 实验装置表2-1实验装置仪器名称生产厂家UV-9200紫外分光光度计北京瑞利分析仪器公司电子分析天平SHIMADZU(日本岛津公司)HZS-HA水浴振荡器哈尔滨市东明医疗仪器厂HH.S精密恒温水浴锅江苏金坛市医疗仪器厂2.1.3 实验方法（1）沸石吸附氨氮实验:参照生活污水中的氨氮平均浓度, 配制浓度为45 mg/L的氨氮模
34、拟废水。分别移取50mL的模拟废水若干份于100mL的烧杯中,用1mol/L的NaOH和H2SO4调节其pH值, 各加人一定量的沸石。将以上样品搅拌一定时间后, 过滤,分别加入1mL酒石酸钾钠、1.5mL纳氏试剂。（2）打开UV-9200紫外分光光度计，将其后面指针拨到“VIS”（可见光），预热半个小时后将波长调至420nm处，测定其吸光度。（3）Ca2+ 、Mg2+沸石吸附氨氮的干扰实验：在上述氨氮模拟废水中分别加人Ca2+ 、Mg2+,参照硬水中的钙镁离子的平均浓度, 浓度分别设定为28mg/L, 进行沸石吸附氨氮的实验, 方法同(1)。（4）分析方法: 氨氮的分析采用纳氏试剂分光光度法；
35、pH值采用精密pH试纸测定。3 结果与讨论3.1 沸石投加量对氨氮吸附的影响在25, pH=6, 吸附时间为40min的条件下, 沸石投加量对氨氮去除率的影响见图3-1。从图-1可看出, 随着沸石投加量的增加, 氨氮去除率逐渐上升。沸石投加量为1.1741g/50mL时, 氨氮去除率为82.04%；但是随着投加量的增加, 氨氮去除率上升的趋势变得缓慢。这是因为加入的沸石量越多,沸石上可用的吸附交换位置越多,它们可吸附的NH4+ 也就越多,但是,溶液中NH4+ 的量是一定的,它所需要的沸石的吸附交换位置也是一定的;所以,随着沸石用量的继续增加,溶液中氨氮去除率的增加逐渐变缓。本文后续实验中采用的
36、沸石投加量均为1.1741g /50mL。3. 2 温度对沸石吸附氨氮的影响在50 mL 氨氮浓度为45 mg/ L ,pH值均为6.0 的溶液中,各加入1.1741g 沸石,将样品置于不同温度条件下振荡吸附40min ,研究温度对氨氮去除率的影响,结果见图3-2。当温度由10 上升到25 时,氨氮的去除率增加得都较快。这是因为温度越高, NH4+ 离子运动动能越大,越容易进入沸石的孔穴和孔道,沸石吸附的氨氮量越多,氨氮去除率越大。温度大于25 时,氨氮去除率继续增加,可是增加的趋势变缓。由此可见,沸石吸附氨氮受温度的影响,在1025 范围内,温度升高有利于沸石对氨氮的吸附;在常温条件下,沸石
37、可以对氨氮有较好的吸附作用。3.3 时间对沸石吸附氨氮的影响在50mL浓度为45mg/mL, pH为6的氨氮模拟废水中, 加人1.1741g沸石, 将样品置于25下的HH.S精密恒温水浴锅，并适时搅拌, 研究时间对沸石吸附氨氮的影响, 结果见图3-3。从图3-3可以看出, 沸石吸附氨氮是一个非常迅速的过程。在吸附的初始阶段, 大部分的氨氮被沸石吸附, 溶液中的氨氮浓度降低很快。 经过40min时长的吸附, 沸石对氨氮的去除率达到81.32%；当吸附时间大于40min是，氨氮去除率的增加逐渐缓慢, 基本达到平衡。出现这种现象的原因是最初沸石结构中所有的吸附交换位置是空的, 废水中氨氮浓度梯度较高
38、,吸附交换速度非常快,溶液中氨氮去除快；后来，由于吸附交换位置被占据,氨氮的去除速率逐渐降低,沸石对氨氮的吸附逐渐达到平衡。在目前的实验条件下,沸石经过40min的吸附作用可使氨氮浓度会很低,能 达到生活污水中氨氮排放标准。由此可见,人造沸石吸附污水中氨氮是一个较快的过程,并且对氨氮的去除率高。因此，本实验中吸附时间可选为40min。3.4 pH对沸石吸附氨氮的影响在50mL浓度为45mg/L的氨氮模拟废水中, 加人1.1741g的沸石, 将样品置于25下的HH.S精密恒温水浴锅，并适时搅拌将, 研究溶液pH值对沸石吸附氨氮的影响,结果见图3-4。由图3-4可看出； pH 6.2 时,随pH值
39、升高,氨氮去除率逐渐降低。水中的氨氮有两种存在形式：NH4+和NH3H2O，存在如下的可逆反应NH3H2O = NH4+ + OH+ (2)当pH小于6.0时, 溶液中的氢离子浓度增加, 其与溶液中的NH4+形成对沸石的竞争, 不利于氨氮的去除；pH大于6.0时，随着溶液pH值的升高, NH3H2O 形式的氨氮增多, 亦不利于沸石对氨氮的吸附；可见, 溶液中的pH值对沸石吸附氨氮的过程有一定的影响, 因此本实验中pH值可选为6.0。3.5 竞争性阳离子对沸石吸附氨氮的影响要将沸石吸附氨氮的工艺技术应用于实际污水的处理,必须考察干扰离子的影响。钙镁离子是污水中常见的离子,因此它们对沸石吸附氨氮有
40、影响。从图3-5可以看出, 在钙离子浓度为28mg/L时, 沸石对氨氮的去除率降低了约3.95%(平均值)。从图3-6可以看出, 在镁离子浓度为28mg/L时, 沸石对氨氮的去除率降低了约1.92%(平均值)。由此可见钙离子、镁离子均对沸石吸附氨氮产生了一定的抑制作用, 使沸石吸附的能力降低, 这是因为钙离子、镁离子的半径与NH4+ 的半径接近。比较图3-5和图3-6 还可以观察到, 钙离子对丝光沸石吸附NH4+ 的抑制作用强,这与沸石对阳离子选择性交换的顺序相吻合。4 结论（1）人造沸石具有较强的吸附低浓度氨氮的能力。在沸石投加量为1.174 g/ 50mL, 温度为25,溶液pH值为6.0
41、, 吸附时间为40min的条件下,对初始浓度为45mg/mL的氨氮模拟废水,其去除率可达到80%以上。（2）废水中钙离子、镁离子对人造沸石吸附NH4+有一定的抑制作用（其中钙离子的抑制作用大些）, 但不明显。参考文献1沈耀良,王宝贞.废水生物处理新技术理论与应用M.中国环境科学出版社,2000:11-802钱易,唐孝炎.环境保护与可持续性发展M.高等教育出版社,115-1283郑兴灿,李亚新.污水除磷脱氮技术M.中国建筑工业出版社,1998:15-874陈慧中,杨宏.给水系统中藻类研究现状及进展J.现代预防医学，2001,28 (l):79-805孙锦宜.含氮废水处理技术与应用M.化学工业出版
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