沸石吸附氨氮技术研究进展
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β-环糊精改性沸石去除稀土矿区地下水氨氮污染研究β-环糊精改性沸石是一种新型的吸附材料,在去除地下水氨氮污染方面具有很好的应用前景。
稀土矿区地下水氨氮污染是当前环境问题面临的挑战之一,而β-环糊精改性沸石则是一种潜在的解决方案。
本文旨在探讨β-环糊精改性沸石在去除稀土矿区地下水氨氮污染方面的研究进展和应用前景。
稀土矿区地下水氨氮污染是由矿区排放的废水中的氨氮所引起的。
氨氮是一种有害物质,对环境和人体健康造成严重危害。
因此,去除稀土矿区地下水氨氮污染成为了一个迫切的任务。
β-环糊精改性沸石是沸石表面经过改性后形成的一种新型材料,具有良好的吸附性能。
研究表明,β-环糊精改性沸石具有高吸附容量、快速吸附速度和良好的选择性,可以有效去除地下水中的氨氮污染。
其吸附机制是通过β-环糊精和氨氮分子之间的相互作用力,使氨氮被沸石表面吸附和固定。
研究者们对β-环糊精改性沸石的应用进行了广泛的研究。
实验结果表明,在一定的操作条件下,β-环糊精改性沸石对地下水中的氨氮具有很好的去除效果。
在一系列的静态吸附实验中,β-环糊精改性沸石的去除率达到了90%以上。
同时,β-环糊精改性沸石还表现出较好的重复利用性能,多次循环使用后仍能保持较高的吸附能力。
除了静态实验,研究者们还进行了一系列动态实验来模拟实际环境中的地下水污染情况。
实验结果表明,β-环糊精改性沸石在动态环境中同样具有较好的去除效果。
在模拟的地下水流速下,β-环糊精改性沸石仍能够达到90%以上的去除率,并且能够很好地适应不同水质条件下的吸附。
此外,研究者们还对β-环糊精改性沸石的吸附机制进行了深入研究。
他们发现,β-环糊精的形成使沸石表面生成了一定的孔洞结构,这有利于氨氮的吸附。
同时,β-环糊精与氨氮分子之间的氢键作用力也是吸附的重要机制之一。
通过理论计算和实验分析,研究者们对β-环糊精改性沸石的吸附机制有了初步的解释,为进一步优化吸附材料提供了理论指导。
总之,β-环糊精改性沸石作为一种新型吸附材料在去除稀土矿区地下水氨氮污染方面具有广阔的应用前景。
4a沸石分子筛对氨氮的吸附
摘要:
一、沸石分子筛概述
二、氨氮污染及其处理方法
三、沸石分子筛对氨氮的吸附性能
四、沸石分子筛在氨氮废水处理中的应用
五、结论
正文:
一、沸石分子筛概述
沸石分子筛是一种具有多孔性、高表面积和规则孔道结构的晶态材料,其主要成分为硅酸盐。
由于其独特的结构特性,沸石分子筛在吸附、分离、催化等领域具有广泛的应用。
二、氨氮污染及其处理方法
氨氮是指废水中以氨和氮化合物形式存在的氮,其主要来源于农业施肥、工业废水和生活污水等。
高浓度的氨氮废水对水环境具有极大的危害,因此必须进行处理。
目前,氨氮废水处理方法主要有生物脱氮法、化学脱氮法和物理吸附法等。
三、沸石分子筛对氨氮的吸附性能
沸石分子筛具有较高的孔容、孔径均匀和良好的吸附性能,因此被广泛应用于氨氮废水处理中。
研究发现,沸石分子筛对氨氮的吸附能力与其孔径、孔容、表面电荷等有关,且在特定条件下,沸石分子筛对氨氮的吸附效果优于其
他吸附材料。
四、沸石分子筛在氨氮废水处理中的应用
在氨氮废水处理过程中,沸石分子筛可以作为吸附剂,有效去除废水中的氨氮。
同时,沸石分子筛具有再生能力强、循环利用率高等优点,有利于降低处理成本。
此外,沸石分子筛与生物脱氮法、化学脱氮法等方法相结合,可实现氨氮废水的深度处理,提高处理效果。
五、结论
沸石分子筛作为一种高效吸附剂,在氨氮废水处理领域具有广泛的应用前景。
天然沸石吸附氨氮和磷的研究
天然沸石吸附氨氮和磷的研究
选用浙江缗云产颗粒状天然沸石为材料对氨氮和磷进行吸附动力学和吸附等温试验,考察初始浓度、振荡时间对吸附量、去除率的影响.试验结果表明:沸石对氨氮和磷吸附显示出"快速吸附,缓慢平衡"的`特点;吸附动力学过程符合准二级动力学模型;吸附等温线更符合Freundlich 方程;氨氮初始浓度小于7 mg/L、振荡时间在1h内和磷初始浓度小于30 mg/L、振荡时间在15 min内,吸附量、去除率随初始浓度、振荡时间增加而增加,当超过此阶段后,吸附量增加缓慢、去除率下降.
作者:胡细全胡志操王春秀金洁郭静林惠凤 Hu Xiquan Hu Zhicao Wang Chunxiu Jin Jie Guo Jing Lin Huifeng 作者单位:湖北大学资源环境学院,湖北,武汉,430062 刊名:环境科学与管理英文刊名: ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT 年,卷(期):2009 34(4) 分类号:X703.1 关键词:天然沸石氨氮磷吸附动力学试验吸附等温试验。
沸石分子筛吸附污水中氨氮的研究进展沸石分子筛吸附污水中氨氮的研究进展随着工农业的发展,污水处理成为了一项重要的环保任务。
氨氮是污水中常见的一种污染物,具有毒性和刺激性,对水环境和生态系统造成严重危害。
因此,研究高效、经济的氨氮去除技术成为了当前环境保护领域的热点。
沸石分子筛作为一种常用的吸附剂,受到了广泛关注,并在氨氮吸附领域取得了显著的研究进展。
沸石是一种富含硅酸盐的多孔矿物,具有较高的比表面积和丰富的通道系统。
由于其独特的化学结构和物理性质,沸石分子筛具备了良好的吸附能力,可以有效地吸附污水中的氨氮。
沸石分子筛吸附氨氮的机制主要包括离子交换和物理吸附两种方式。
在离子交换中,沸石分子筛表面的阳离子与氨氮中的氨离子发生交换反应,将氨离子固定在其孔隙结构中。
物理吸附则是通过静电力、范德华力等相互作用力,将氨氮吸附到沸石分子筛表面。
这两种吸附方式形成了丰富的吸附位点,大大提高了沸石分子筛对氨氮的吸附能力。
研究者们通过调控沸石分子筛的孔径、表面性质和晶体结构等参数,进一步提高了其对氨氮的吸附效果。
其中,改变孔径是一种较为常见的方法。
研究发现,较小孔径的沸石分子筛具有较高的氨氮吸附能力。
这是因为小孔径可以增加分子筛表面积与体积的比值,提高了吸附位点的密度,从而增强了吸附效果。
此外,研究者还通过改变分子筛表面的官能团,引入诸如羟基、胺基等亲水官能团,增加了分子筛与水中氨氮之间的亲和力,提高了吸附效果。
除了调控分子筛本身的性质外,研究者还通过改变吸附条件,进一步优化了吸附效果。
例如,调节溶液的pH值、温度和初始氨氮浓度等。
实验证明,酸性条件下沸石分子筛的吸附效果较好,这是因为在酸性环境中,氨氮更容易解离为氨离子,便于其与分子筛表面的阳离子发生离子交换反应。
另外,适当提高温度可以增加活化能,促进吸附过程的进行;而增大初始氨氮浓度可以增加吸附位点的利用率,提高吸附效果。
近年来,沸石分子筛在氨氮去除领域得到了广泛应用。
改性沸石法去除微污染水中氮的研究本课题以氨氮浓度大约为5mg/L的微污染水为研究对象,其COD浓度低于20mg/L,以开发适合我国国情的废水脱氮技术为目标,对沸石离子交换去除氨氮的处理工艺进行了探讨,并对其改性处理效果及再生效果进行了试验研究。
研究了沸石经NaCl、NH4NO3改性处理后对微污染饮用水中氨氮的吸附。
结果表明:改性沸石对氨氮有较好的吸附,吸附温度为常温,NaC1溶液、NH4N03溶液改性沸石的最佳浓度分别为0.6—1mol/L、1.5—2mol/L,氨氮的去除率达90%。
近年,随着社会经济发展和城市化进程,河流受生活污水和工业废水污染的情况日趋严重,其中特别以污水对河流产生的污染问题更为突出,使我国出现日益严重的水质性缺水现象,严重影响了人民的生产和生活,并制约了社会的可持续发展。
尤其以氨氮的富营养化污染为最严重。
微污染饮用水中,普遍都含有一定浓度的氨氮。
氨氮浓度过高,会抑制自然硝化,降低水体自净能力。
目前净水工艺广泛采用过滤介质活性炭法,但价格昂贵。
本文采用改性沸石去除水中的氨氮,工艺简单,易再生,处理成本低,去除率高。
沸石是一族具有连通孔道、呈架状构造的含水铝硅酸盐矿物,特殊的晶体化学结构使沸石拥有离子交换、高效选择性吸附、催化、耐酸、耐辐射等优异性能和环境属性。
由于它的特殊结构,对氨具有优先选择交换性、良好的再生性和低的运行成本及各种温度下皆有效的特点,己被用于去除废水中高浓度氨。
利用它去除水中的氨氮,取得良好的效果,为微污染饮用水中氨氮的去除提供了一种高效、实用、经济的新方法。
近年来,国内外对沸石特别是斜发沸石和丝光沸石在微污染饮用水源处理中的应用作了大量研究工作,沸石在饮用水处理中有着很好的应用前景。
沸石去除氨氮的原理氨氮在水中以离子态NH4+和分子态NH3两种形式存在。
沸石去除氨氮的原理为:①两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;②颗粒外表面流体界面膜内的传质;③颗粒内的扩散和分子态的氨氮在孔隙内的动态吸附平衡;④离子态的氨氮在孔隙表面上的动态离子交换过程平衡;⑤交换后的离子向溶液本体扩散。
天然斜发沸石对水中氨氮吸附影响因素研究摘要:本实验研究了天然沸石对氨氮的吸附影响因素及机理,结果表明,沸石投加量为2g,粒径由20目增加到100目时,其qe从0.341上升到0.512mg/g;沸石投加量1g,初始氨氮浓度10mg/L增大到100mg/L时,qe从0.112上升0.595mg/g;氨氮初始浓度为100mg/L,投加量为有1g增大到15g时,qe从0.595mg/g下降到0.268mg/g,;沸石吸附氨氮更适合用Langmuir吸附等温线和准二级反应动力学进行描述,其R2分别为0.997和0.998。
关键词:天然沸石;氨氮;吸附容量Study on Influencing Factors by Natural Stellerite AdsorptingAmmoniumDianbo-XuChina Railway Fifth Survey And Design Institute Group Co.,Ltd. Abstract: This study investigated the influencing factors and mechanism of natural zeolite adsorptin ammonia nitrogen.The results show that: zeolite dosage 2g and particle size increased from 20 mesh to 100 mesh, qe increased from 0.341 to 0.512mg / g; zeolitedosage 1g, initial ammonia concentration of 10 mg / L increased to 100mg / L, qe roses from 0.112 to 0.595mg / g; ammonia initial concentration is100 mg / L and the dosage from 1g increased to 15g,qe decreased from 0.595mg / g to 0.268mg / g; the zeolite adsorbed ammonia is more suitable to describe Langmuir adsorption isotherm and pseudo-second reaction kinetics, R2is 0.997 and 0.998 respectively.Keywords:Natural Stellerite;Ammonium;Adsorption capacity引言:近年来,随着城市化进程的加快,化工厂废水的过度排放,使得水体中的氮元素含量过多,导致水体富营养化现象日益严重,已经成为当今世界面临的全球性的重大环境问题[1]。
目录0 引言 (2)1 氨氮吸附机理 (3)1.1吸附作用 (3)1.2离子交换作用 (3)2 吸附作用影响因素 (3)2.1沸石用量及粒径对去除效果的影响 (3)2.2温度对去除效果的影响 (3)2.3 P H对去除效果的影响 (3)2.4共存阳离子的影响 (4)3 沸石的改性 (4)3.1酸处理 (4)3.2盐处理或碱处理 (4)3.3改变硅铝比 (4)4 结语 (4)参考文献 (5)沸石的研究进展及其在处理氨氮废水中的应用摘要:沸石是一种天然廉价的多孔物质, 表面极性强, 晶格中有可交换的阳离子, 能有效去除水中极性物质和金属离子,在水处理领域具有广阔的应用前景。
本文通过对沸石结构及性能的介绍,阐述了沸石对氨氮的吸附机理,分析了吸附效果的影响因素,探究了沸石的改性方法,并对其未来的发展进行了展望。
关键字:水处理沸石氨氮吸附0 引言由于水源水受到污染, 使得水中溶解性有机物、氨氮浓度升高, 造成常规的水处理工艺很难使水质达到饮用水标准。
饮用水中氨氮浓度过高可促进亚硝酸盐浓度升高, 加之水中溶解性有机物,特别是有机卤化物等的存在更会对饮用水的安全造成隐患。
通常,用于去除NH4+-N的生化方法去除率低、周期长、成本高,因此,寻找一种高效、切实可行的去除NH4+-N的方法具有现实意义。
沸石是由碱金属和碱土金属组成的含水网状铝硅酸盐物质, 是沸石族矿物的总称[1],其化学通式为:MxDy[Al(x+ 2y)Si( x+2y)O2]·mH2O,分子中的阳离子( Si, Al)和O一起构成四面体格架,称为结构阴离子。
在这种结构阴离子中, 中心是Si(或Al) 原子,每个Si(或Al)原子的周围有4个O原子, 各个Si/O四面体通过处于四面体顶点的O原子互相连接起来, 形成许多宽阔的孔穴和空道, 这是沸石与其它架状硅酸盐矿物不同之处, 因而沸石具有很大的比表面(400~800m2/g) 。
沸石这种格架结构决定了它具有较高的吸附交换性能。
改性沸石的制备及去除废水中氨氮的研究
摘要
本文通过改性沸石的制备实验,研究了其在去除废水中氨氮方面的应用。
实验结果表明,经过改性处理的沸石具有很好的去除废水中氨氮的性能,表现出较高的吸附效率和良好的重复使用性。
该研究有望为废水处理领域提供一种有效、经济的氨氮去除方法。
引言
废水中的氨氮是一种常见的污染物,对水体环境造成了严重的危害。
因此,开发高效、经济的氨氮去除方法至关重要。
改性沸石因其较大比表面积和丰富的孔结构而被广泛用于吸附废水中的有机物和无机物。
本文旨在探讨改性沸石在去除废水中氨氮方面的应用。
实验方法
1.实验材料准备:
–沸石原料
–改性试剂(如盐酸、聚乙二醇等)
–实验废水(含氨氮)
2.沸石的改性:
–将沸石与适量的改性试剂混合反应,经过一定处理后得到改性沸石。
3.氨氮吸附实验:
–将改性沸石与实验废水中的氨氮进行接触反应,记录吸附后的氨氮浓度,并计算吸附率。
4.实验数据处理:
–对实验数据进行统计和分析,得出改性沸石在去除废水中氨氮方面的性能指标。
实验结果与讨论
经过实验研究,我们发现改性沸石具有良好的去除废水中氨氮的性能。
在实验条件下,改性沸石对废水中的氨氮有较高的吸附率,且对重复使用的稳定性较好。
这说明改性沸石在废水处理领域有很大的应用潜力。
结论
通过本文的研究,我们验证了改性沸石在废水中氨氮去除中的有效性。
改性沸石具有良好的去除性能和稳定性,在废水处理中具有广阔的应用前景。
未来的研究可以进一步探讨改性沸石的制备方法、吸附机理等方面,以实现更好的废水处理效果。
沸石吸附氨氮技术研究进展摘要:介绍了沸石脱除氨氮的原理和再生机制,综述了国内外应用沸石在改良常规污水处理工艺、作为氨氮污水处理系统的介质与最终出水的氨氮控制环节等方面的研究进展。
炼油催化剂生产过程中产生的污水氨氮浓度高,先后试验了多种处理方法,但水中的氨氮很难达标。
研究经济合理的工艺去除催化剂生产污水中的氨氮是紧迫而实际的。
沸石吸附可作为组合工艺予以试验。
关键词:沸石污水处理氨氯氨氮对人体和水体具有一定的危害,水质指标中氨氮是引起水体富营养化和环境污染的一种重要污染物。
去除污水中氨氮的方法有生物硝化法、气体吹脱法和离子交换法”等.生物法无污染,耗能低,但其转换作用缓慢,去除难于彻底;气体吹脱法工艺简单,投资少,但易造成二次污染;而离子交换法却没有以上不足,且反应过程稳定、易控,吸附剂可再生利用,处理成本较低,特别是使用沸石作为吸附剂时.沸石具有稳定的硅氧四面体结构、大小均一的宽阔空间和连通孔道,能够吸附大量的氨氮,因此被认为是最有应用前景的去除氨氮吸附剂.。
鉴于沸石有着良好的吸附与离子交换性能,而我国是世界上少数几个富产沸石的国家之一,美、日等发达国家已将沸石应用在污水处理、特效干燥剂、土壤饲料改良剂等方面,而我们大部分停留在出卖原矿为主甚至干脆闲置不用。
因此加强对沸石的开发和利用研究非常必要。
沸石脱氨氮技术是近年来引起人们重视的一种生物物化相结合实现污水脱氨氮的新技术,这一技术就是把沸石对铵根离子的选择性吸附能力和生物硝化反硝化结合起来,加强生物脱氨氮系统的性能和效率一、沸石对污水中氨氮的去除机理沸石是具有四面体骨架结构的多孔性含水硅铝酸盐晶体,有良好的吸附及离子交换性能;同时沸石比表面积大,对微生物无毒害,易于附着微生物作为生物载体。
生物沸石脱氨氮工艺中,一方面沸石用于生物载体富集硝化菌;另一方面沸石通过离子交换作用吸附水中的铵,还有很重要的一方面就是沸石表面生物膜中的硝化菌将吸附在沸石上的氨氮转化为硝酸盐,形成了一个自我吸收、自我消化的循环过程。
改性沸石在河道治理中氨氮吸附-脱附工艺的研究【摘要】本文基于改性沸石在河道治理中氨氮吸附-脱附工艺的研究,通过分析改性沸石的结构和性质、氨氮在水体中的特性,探讨了改性沸石在氨氮吸附和脱附中的应用,以及在河道治理中的工程应用。
研究发现,改性沸石具有优异的吸附和脱附性能,可以有效降低水体中的氨氮浓度,提高水质。
结论指出,改性沸石在河道治理中的应用具有良好的效果,未来可以进一步深入研究该工艺的优化和推广应用。
本研究为解决河道氨氮污染问题提供了新的思路和方法,具有重要的理论和实际意义。
【关键词】改性沸石、氨氮、河道治理、吸附-脱附工艺、研究、水体、结构与性质、工程应用、成果、未来研究、展望。
1. 引言1.1 研究背景近年来,随着城市化进程的加快和农业生产的发展,我国许多河道水体受到了严重的氨氮污染。
氨氮是一种常见的水体污染物,其主要来源包括城市污水、农田排放和工业废水等。
高浓度的氨氮不仅会导致水体腐蚀,还会对水生生物造成严重的危害。
如何有效地去除水体中的氨氮成为了当前河道治理工作中亟待解决的问题。
传统的氨氮去除方法如生物法、化学法等存在着许多缺陷,包括处理效率低、操作成本高和产生二次污染等。
而改性沸石因其具有大比表面积、丰富的表面羟基和良好的吸附性能等优点,成为了研究氨氮去除的热门材料之一。
通过对改性沸石在河道治理中氨氮吸附-脱附工艺的研究,可以为提高氨氮去除效率、降低治理成本和保护水环境提供理论依据和实践指导。
开展改性沸石在河道治理中氨氮吸附-脱附工艺的研究具有重要的意义和价值。
1.2 研究目的研究目的是通过对改性沸石在河道治理中氨氮吸附-脱附工艺的研究,探讨其在改善水体环境质量和保护生态系统方面的应用潜力。
具体目的包括:1. 研究改性沸石对氨氮的吸附和脱附性能,在提高氨氮去除效率的基础上,探索其在水体处理中的实际应用价值;2. 通过实验和分析,比较不同条件下改性沸石对氨氮的吸附-脱附效果,为工程应用提供科学依据;3. 探讨改性沸石在河道治理中的可持续性和环境友好性,为未来水体污染治理提供可靠技术支持。
沸石改性及其去除水中氨氮的实验研究随着水环境污染的日益严重,水质的改善已成为迫切的社会问题。
氨氮是最常见的非颗粒态污染物之一,它会伤害人类健康,破坏水体生态系统,从而影响生产和生活环境。
因此,去除水中氨氮变得十分重要。
很多研究表明,沸石是一种有效的去除水中氨氮的方法。
沸石具有优良的吸附性能,能够吸附氨氮,从而改善水质。
然而,沸石本身具有较弱的强度和耐久性,这限制了它的使用。
为了使沸石更适应水质改善的应用,一种改性技术被提出和研究,即将沸石的外表覆盖一层改性剂,以改善沸石的强度和耐久性。
近年来,沸石改性技术受到关注,被用于改善水质,特别是去除水中氨氮。
然而,沸石改性及其去除水中氨氮的研究尚未完全了解和完善。
因此,本研究旨在通过实验研究,深入探讨沸石改性技术对去除水中氨氮的作用及其原理。
首先,将沸石与多种改性剂结合,进行改性处理,以改善沸石的强度和耐久性。
其次,通过采样、样品处理、氨氮定量测定等方法,对改性沸石的吸附性能进行测试,探究其沸石改性对去除水中氨氮的作用。
结果表明,改性沸石具有良好的吸附性能,能够显著降低氨氮含量,从而改善水质。
此外,通过X射线衍射、扫描电子显微镜等方法研究了改性沸石的结构及其去除氨氮的机理。
结果表明,与未改性的沸石相比,改性沸石的表面更加粗糙疏松,比表面积更大,具有更好的吸附性能。
改性沸石的孔径表面能改变氨氮的构型,增加氨氮分子的活性位,从而有效去除水中氨氮。
综上所述,本研究表明沸石改性技术是一种有效去除水中氨氮的方法。
改性沸石具有优良的强度和耐久性,同时拥有良好的吸附性能。
此外,本研究还探讨了改性沸石去除氨氮的机理,为进一步研究和开发改性沸石技术提供了重要参考。
改性沸石对氨氮的吸附性实验摘要随着我国社会经济的迅速发展,水源氨氮污染日益严重。
微污染水中氨氮是微污染水处理的主要去除对象。
本课题研究了几种不同的沸石改性工艺,先微波改性再用饱和NaCl活化沸石,对氨氮吸附的其去除率为96%左右,而天然沸石对氨氮的去除率只有70%左右,去除效果明显提高。
同时研究了微污染水中含K+,Mg2+,Na+等干扰离子对改性沸石对氨氮的吸附能力的影响,给微污染水中氨氮的去除提供了高效、经济的处理方法。
关键词改性沸石;氯化钠改性;氨氮废水本文所用的改性沸石均是在各改性工艺最佳改性条件下改性的沸石。
1 不同改性工艺的改性沸石对氨氮的吸附随时间的变化研究本实验研究了以下几种改性工艺的改性沸石对氨氮的吸附随时间的变化规律:天然沸石,单独微波改性沸石,单独氯化钠改性沸石,先微波后氯化钠改性沸石。
称取一定量的天然沸石和各改性沸石,进行沸石对氨氮的吸附实验,在时间为15 min,30 min,60 min,90 min,120 min,150 min时取样测其吸光度。
绘制曲线如图1所示。
其中:B代表天然沸石;C代表微波中火辐射10 min改性沸石;D代表微波结合NaCl改性沸石;E代表NaCl改性沸石。
由图可知,先利用微波改性再用饱和NaCl活化的方法效果最好,最大可达93.14%;去除速率为70 min可达80%左右,远高于天然沸石。
主要原因是天然沸石经微波改性后可除去表面以及孔道内的有机杂质同时可一定程度扩充孔道,提高单位重量沸石的交换能力,再用饱和NaCl活化可改善离子交换性能提高离子交换速率。
图1 不同改性工艺的改性沸石对氨氮的吸附随时间的变化2 原水中氨氮浓度不同对改性沸石吸附氨氮效果的影响实验配制不同浓度的氨氮废水:1 mg/L,3 mg/L,5 mg/L,7 mg/L,10 mg/L。
然后取1.0 g先微波后NaCl改性的沸石,和100 mL上述不同浓度的氨氮废水,分析此条件下改性沸石对氨氮的吸附能力。
沸石吸附氨氮技术研究进展摘要:介绍了沸石脱除氨氮的原理和再生机制,综述了国内外应用沸石在改良常规污水处理工艺、作为氨氮污水处理系统的介质与最终出水的氨氮控制环节等方面的研究进展。
炼油催化剂生产过程中产生的污水氨氮浓度高,先后试验了多种处理方法,但水中的氨氮很难达标。
研究经济合理的工艺去除催化剂生产污水中的氨氮是紧迫而实际的。
沸石吸附可作为组合工艺予以试验。
关键词:沸石污水处理氨氯氨氮对人体和水体具有一定的危害,水质指标中氨氮是引起水体富营养化和环境污染的一种重要污染物。
去除污水中氨氮的方法有生物硝化法、气体吹脱法和离子交换法”等.生物法无污染,耗能低,但其转换作用缓慢,去除难于彻底;气体吹脱法工艺简单,投资少,但易造成二次污染;而离子交换法却没有以上不足,且反应过程稳定、易控,吸附剂可再生利用,处理成本较低,特别是使用沸石作为吸附剂时.沸石具有稳定的硅氧四面体结构、大小均一的宽阔空间和连通孔道,能够吸附大量的氨氮,因此被认为是最有应用前景的去除氨氮吸附剂.。
鉴于沸石有着良好的吸附与离子交换性能,而我国是世界上少数几个富产沸石的国家之一,美、日等发达国家已将沸石应用在污水处理、特效干燥剂、土壤饲料改良剂等方面,而我们大部分停留在出卖原矿为主甚至干脆闲置不用。
因此加强对沸石的开发和利用研究非常必要。
沸石脱氨氮技术是近年来引起人们重视的一种生物物化相结合实现污水脱氨氮的新技术,这一技术就是把沸石对铵根离子的选择性吸附能力和生物硝化反硝化结合起来,加强生物脱氨氮系统的性能和效率一、沸石对污水中氨氮的去除机理沸石是具有四面体骨架结构的多孔性含水硅铝酸盐晶体,有良好的吸附及离子交换性能;同时沸石比表面积大,对微生物无毒害,易于附着微生物作为生物载体。
生物沸石脱氨氮工艺中,一方面沸石用于生物载体富集硝化菌;另一方面沸石通过离子交换作用吸附水中的铵,还有很重要的一方面就是沸石表面生物膜中的硝化菌将吸附在沸石上的氨氮转化为硝酸盐,形成了一个自我吸收、自我消化的循环过程。
通过生物方式不但能使沸石不断得到再生,还能提高脱氨氮的硝化性能,利用微生物作用有效地去除氨氮。
此时,沸石得以全部或者部分自我再生,可以继续循环使用。
生物沸石脱氨氮过程实质是化学吸附、离子交换和生物硝化三个过程。
沸石孔径一般在0.4 nm左右,大于这个孔径的分子和离子将不能进入,而NH4+的离子半径为0.286 nm,很容易进入沸石晶穴内部进行离子交换,沸石对氨氮具有很强的选择性吸附能力,其交换能力远大于活性炭和离子交换树脂。
利用沸石的离子交换吸附能力去除污水中的氨氮包括:吸附阶段和沸石再生阶段,沸石再生可分为化学再生法和生物再生法。
化学再生法:用碱或盐溶液(NaOH、NaCl)处理吸附饱和的沸石,以溶液中的Na+或Ca2+交换沸石上的NH4+,使沸石恢复对氨的交换容量。
生物再生法:应用沸石作为微生物载体,使硝化细菌附于其表面生长,这样由于硝化细菌的作用,水相中氨氮浓度逐渐降低,促使交换平衡发生逆转,已被交换吸附在沸石上的NH4+被水中其他阳离子交换下来,被硝化细菌利用。
这样沸石的离子交换容量得到了恢复。
沸石再生最常用的方法是化学法,但用该法再生沸石成本太高,且再生系统复杂。
因此,目前沸石的生物再生成为研究热点。
二、利用天然沸石去除水中的氨氮游少鸿[1]等通过实验研究天然沸石对氨氮的吸附作用及其影响因素。
结果表明,沸石对氨氮的吸附过程遵循准二级动力学模型;在吸附反应初始阶段(0~180min),沸石对氨氮的吸附速率较大,吸附质量比上升很快;随着吸附反应的不断进行,吸附速率降低,吸附质量比上升幅度较小,在6h后吸附基本达到平衡,吸附质量比保持在230mg/kg左右。
30℃、40℃和50℃条件下,天然沸石对氨氮的等温吸附可用Langmuir等温模型拟合,相关系数均达到极显著相关,计算得到的最大吸附质量比由263.16mg/kg增高到370.37mg/kg。
随着天然沸石粒径与投加量的减小,沸石对氨氮的吸附质量比显著增加;在pH值为4~8的范围内,沸石的氨氮去除效果变化不大,当pH为中性时,去除效果最好。
陈彬[2]等研究了天然沸石对氨氮的吸附性能,实验结果表明:天然沸石在去离子水、自来水和生活污水中,对氨氮的吸附符合Langmuir和Freundlish吸附等温方程,天然沸石吸附氨氮的焓变为-16.21 kJ/mol,温度对于天然沸石吸附氨氮的影响不大,天然沸石吸附氨氮同时受液膜扩散和颗粒内扩散的影响,在高初始氨氮浓度的情况下,颗粒内扩散是吸附的主要控制因素,在共存阳离子浓度为50 mg/L 的条件下,共存阳离子对吸附过程的影响不大,相应的影响顺序为:K+>Ca2+>Na+>Mg2+。
张曦[3]等研究了氨氮在天然沸石上的吸附过程,结果表明,天然沸石对氨氮的最大吸附量可达11.5m g/g;在共存阳离子K+作用下,沸石吸附量降低50%以上;王利平[4]等用天然沸石吸附法处理稀土氨氮污水,结果表明,实验条件下天然沸石氨氮去除率为50%。
意大利的Passaglia Ello和GualtieriAlessandrodga[5]研究用天然沸石岩去除污水中的氨氮效果明显,除此而外,将处理完污水的富含氨氮的沸石岩用于改良农业土壤,种植西红柿(用量3kg/m2)可增产16%;用于温室中改良泥炭种植天竺葵,在不施肥的情况下效果也很明显。
三、改性沸石去除水中的氨氮由于天然沸石所含杂质成分比较复杂,孔道常被Na+、Mg2+、H2O等阻塞,并且相互连通的程度也较差,因此,天然沸石的吸附能力往往达不到要求。
为了充分发挥其吸附性及离子交换性,需要将天然沸石改性或改型活化。
1.改性方法及去除氨氮效果方面的进展沸石改性的途径主要有:①高温焙烧。
焙烧可清除沸石孔穴和孔道的水和有机物等,使孔道更畅通,有助于离子扩散;②酸、碱或盐处理。
酸处理可溶解沸石孔穴和孔道的SiO2、Fe2O3和有机物质等杂质,使孔穴和孔道得到疏通;以半径小的H+置换半径大的阳离子,如Ca2+、Na+等,使孔道的有效空间拓宽,增加吸附活性中心等。
酸处理常用的药剂有盐酸和硫酸;碱处理通常采用氢氧化钠;盐处理通常采用氯化钠、氯化钾、氯化铵等[6-7]。
江乐勇[8]等采用吸附法去除水中的氨氮,对天然吸附剂沸石进行盐热改性处理。
结果表明,经过盐热改性后的沸石脱氮能力提高了37.12%,其最佳的改性条件:质量浓度百分数2.0%的NaCl浸渍2 h,焙烧温度500℃,焙烧时间0.5 h。
李晔[9]分别采用加热、酸、碱和盐对天然沸石进行改性,结果发现经硫酸和盐酸改性的沸石去除氨氮效果不明显;用浓度不超过2mo1/L的氢氧化钠改性沸石后氨氮去除率由70%提高到80%以上;而用NaCl溶液在恒温70~75℃下水浴加热3h改性沸石,能明显提高氨氮去除率,改性效果优于加热和碱处理。
袁俊生[10]等利用经20%NaCl溶液活化的20~40目斜发沸石处理氨氮污水,在污水浓度pH值=5的条件下,沸石对铵的平均全交换容量为12.96mg/g,且交换容量随pH值的增大而降低;循环试验显示,污水氨氮去除率达91.3%,达到国家排放标准。
冯灵芝[11]等用酸浸泡、碱浸泡、盐浸泡,以及酸预浸泡后盐浸泡以改性沸石,表明:6%~10%浓度的NaCl溶液改性效果明显,改性沸石的氨氮去除率达95.3%;酸浸改性沸石对氨氮的去除效果明显优于碱浸改性沸石,但酸液预浸泡不能改善沸石对氨氮的吸附性能,且在2h的浸泡时间下,随酸溶液浓度升高,改性沸石的氨氮吸附效果降低。
董秉直[12]研究腐殖酸对改性沸石去除氨氮效果的影响,结果表明:浓度为1mol/L的盐酸浸泡200目的天然沸石12h,经过氯化钠溶液内浸泡24h,最后在105℃下烘干制成的改性沸石其氨氮去除效果很好,且大分子腐殖酸含量越高,对氨氮的去除影响也越大。
吴奇[13]系统研究了不同改性方法对沸石去除氨氮效果的影响。
结果表明:采用质量分数为7%的NaCl溶液改性的沸石最适合于处理氨氮污水,去除效率较未改性沸石提高约20%;碱热熔—碱水热法改性沸石和热活化沸石均不适于去除氨氮污水。
李晔[14]等研究了多孔改性沸石球形颗粒的高温烧成制备方法:按照m(改性沸石)∶m(优质煤粉)∶m(可溶性淀粉)配比的原料加入一定量的水,搅拌后充分捏练,手工成球,90~100℃烘干2h,再放入高温电阻炉中550℃烧成,结果表明:多孔改性沸石球对污水中氨氮的去除率达到80%以上,并且具有较高的强度,能够满足一般水质处理的应用要求。
2.吸附动力学及机理研究常卫民等[15]对沸石的吸附性能进行了实验研究,探讨了沸石投加量、接触时间、沉降时间等因素对其去除氨氮效果的影响。
结果表明,在常温下,pH值约为7时,去除水中氨氮的最佳处理条件为:搅拌20 min,静置30~45min。
含氨氮水样浓度为10mg/L时,按氨氮:沸石量比为1:1000投加沸石时,氨氮去除率达70%以上。
丁仕琼[16]等研究了在不同改性条件下沸石对氨氮的去除效果,结果表明:0.3 mol/L的NaCl溶液在100℃下对沸石的改性效果最佳,氨氮去除率可达87.9%。
江喆[17]研究了盐、酸和稀土改性天然沸石对NH4+吸附动力学。
结果表明,改性对NH4+的吸附符合Freundlich方程。
M.Sarioglu[18]研究了天然沸石和经过酸处理改性的沸石对氨氮的吸附动力学,实验考察了不同的接触时间、不同NH4+浓度、不同流速和不同pH值条件下的吸附量,并得到了吸附等温曲线。
杨胜科[19]等研究了改性沸石去除地下水中氨氮的机理,研究结果表明:改性沸石使受氨氮污染的水质被大幅度地改善,影响沸石去除氨氮的主要因素包括沸石与含氨氮溶液作用时间、沸石用量、溶液中氨氮浓度、沸石粒度和溶液温度等,改性沸石去除氨氮的机理主要是由离子交换作用和吸附作用共同完成的,而以离子交换为主。
赵丹[20]等的研究结果表明:采用饱和氯化钠改性制备得到的粒径为0.5~0.8mm的改性沸石对水中NH4+的吸附等温线能较好地吻合朗格缪尔和Freundlich方程,改性沸石对NH4+的选择性随着pH值的升高而降低。
四、动态实验及复合除氨氮研究进展崔志广[21]等将沸石作为生物滤池的填料,与混凝沉淀、超滤组合后用于处理微污染地表水,考察了其对污染物的去除效果。
结果表明:该组合工艺对氨氮有较好的去除效果,出水氨氮在0.5 mg/L以下,去除率可达90%;对有机物也有较好的去除效果,出水CODMn在2 mg/L左右,去除率约为60%,出水水质达到了《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求。
该工艺对氨氮的去除主要由沸石生物滤池完成,而沸石生物滤池、凝沉淀及超滤均能去除CODMn,贡献率分别为49.6%、30.9%、19.5%。