沸石靜態吸附性能試驗研究

代學民 陳 瓊 呂 顯 張守明

(1.河北建筑工程學院，河北 張家口 075000;2.張北縣規劃局，河北 張家口 075000)

0 引 言

隨著工農業生產的發展，河流、湖泊和水庫等水域由于生活污水、工業廢水和農業廢水的排入而受到了不同程度的污染，而氨氮是主要的污染物.水體中的高濃度的氨氮會增加給水處理的難度，常規的給水處理工藝很難去除水體中的氨氮，飲用水的水質很難得到保證.現在，好多給水處理廠還是采用氯消毒，含有氨氮的水用氯消毒時，氨氮會和氯發生化學反應，形成氯胺的產物，這樣將增加氯的投加量和降低消毒效率.

近年來，國內外用沸石作為吸附劑去除水中氨氮的研究還比較少.本文主要針對沸石對氨氮的吸附來對沸石的靜態吸附性能進行試驗及分析.

1 實 驗

1.1 實驗儀器

電子天平、TU-1900雙光束紫外可見分光光度計、DELTA 320 PH計、移液管、錐形瓶、振蕩器、濾膜、容量瓶等.

1.2 實驗材料

浙江縉云的天然斜發沸石、氯化銨、高錳酸鉀、蒸餾水等.

2 結果與討論

2.1 沸石對氨氮靜態吸附

微污染飲用水源水氨氮為0.50 mg/L～3.30 mg/L，如果水源水被嚴重污染時，氨氮可達5.00 mg/L～7.00 mg/L.為了很好的模擬微污染飲用水源水，用氯化銨和蒸餾水配制5.00 mg/L的氨氮使用溶液作為微污染飲用水源水.

在250 mL錐形瓶中加入100 L配制好的氨氮使用溶液，接著投加準確稱取1 g的沸石，把錐形瓶放在振蕩器中振蕩，記錄隨時間變化過程中氨氮濃度的變化.作出溶液中氨氮的濃度和去除率變化隨時間變化關系如圖1所示.

圖1 溶液中氨氮的濃度和去除率變化隨時間變化關系

由圖1可知，在0 min～10 min吸附時間中，沸石對氨氮的去除效率快速上升，而溶液中氨氮的濃度則快速下降；在10 min～30 min吸附時間中，氨氮的去除率和氨氮濃度曲線逐漸變得平滑.30 min中后，氨氮濃度下降變慢，氨氮的去除率上升也就變得慢了，整個沸石吸附氨氮的體系漸漸趨于平衡.可見沸石具有“快速吸附、緩慢平衡”的特點.在10 min時，錐形瓶中氨氮的濃度為1.31 mg/L，沸石對氨氮的去除率為73.8%；在20 min時，錐形瓶中氨氮的濃度為0.96 mg/L，沸石對氨氮的去除率為80.8%；在30 min時，錐形瓶中氨氮的濃度為0.65 mg/L，沸石對氨氮的去除率為87%；30 min以后，沸石對氨氮的去除率增加不大.

2.2 沸石吸附對溶液pH的影響

在五個250 mL錐形瓶中，分別加入100 mL氨氮濃度為10 mg/L，20 mg/L，40 mg/L，80 mg/L和100 mg/L用氯化銨和蒸餾水配制的使用溶液，再分別投入1 g沸石，測量各個錐形瓶中溶液的pH值，接著，把五個錐形瓶用振蕩器振蕩1小時，靜置15 min，取上清液測定溶液的pH，作圖，如圖2所示.

圖2 沸石吸附前后溶液pH的變化

由圖2可知，沸石吸附后溶液PH值高于沒有吸附的溶液PH值.是由于溶液中的NH4+取代了沸石晶體中Na+等平衡電荷離子，而沸石晶體中Na+等平衡電荷離子進入溶液，這樣溶液的pH值升高.所以，沸石對含有氨氮的溶液處理除了吸附作用以外還有離子交換作用.可見，沸石和含氨氮的溶液發生吸附作用和離子交換作用之后，會造成其出水pH升高.

2.3 沸石的有機物靜態吸附

在附近微污染的河流取水樣，測定CODMn和UV254，接下來，在250 mL錐形瓶中加入100 mL水樣，投入1 g沸石，振蕩1小時，靜置15 min，取上清液分別測定CODMn和UV254.連續3日取水樣測定，數據見表1.

表1 沸石吸附水樣中有機物的情況

由表1可知，連續3日水樣的CODMn為5.88 mg/L～6.73 mg/L，而沸石對CODMn的去除率為2.89%～3.78%.沸石對CODMn的去除率不高，是由于沸石的內部孔徑很小，平均孔徑為3.5?～4?，所以，一些分子直徑較大的有機物分子無法進入沸石內部孔道，從而只能在沸石的表面吸附，使沸石的吸附效果降低.連續3日水樣的UV254為0.2089 cm-1～0.2127 cm-1，而沸石對UV254的去除率為5.41%～6.82%.可見沸石對水樣中的UV254有一定的去除效果.

3 結 論

(1)沸石對銨離子具有很強的選擇性離子交換和吸附能力.

(2)沸石具有“快速吸附、緩慢平衡”的特點.在10 min時，錐形瓶中氨氮的濃度為1.31 mg/L，沸石對氨氮的去除率為73.8%；在20 min時，錐形瓶中氨氮的濃度為0.96 mg/L，沸石對氨氮的去除率為80.8%；在30 min時，錐形瓶中氨氮的濃度為0.65 mg/L，沸石對氨氮的去除率為87%；30 min以后，沸石對氨氮的去除率增加不大.

(3)沸石和含氨氮的溶液發生吸附作用和離子交換作用之后，會造成其出水pH升高.

(4)沸石對微污染河水的CODMn的去除率為2.89%～3.78%，對微污染河水的UV254的去除率為5.41%～6.82%.

參 考 文 獻

[1]譚萬春.沸石用于水中有機微污染物質的去除[J].非金屬礦,2011(2)

[2]孫迎雪.微污染水源飲用水處理理論及工程應用[M].第1版.北京：化學工業出版社，2011.6