天然沙粒对氨氮吸附的影响

程一平 何珊 宁国锋 薛潇

摘要：通过实验研究天然沙粒对氨氮的吸附作用及其影响因素。研究对不同浓度的氨氮溶液，沙粒对其吸附影响。沙粒的粒径减小, 对氨氮的吸附量增加;温度升高有利于沙粒对氨氮、硝氮的吸附。

关键词：沙粒吸附氨氮影响因素

The affectofnatural sandadsorptiontoammonia

Cheng Yiping, He Shan, ningguofeng, Xue Xiao

(Architecture and Civil Engineering,Beijing University Of Technology, Beijing,China 100124)

Abstract：Natural sand through experimental studies of ammonia adsorption and its influencing factors. The study of different concentrations of ammonia solution, grit their adsorption. Sand particle size decreases, the amount of ammonia adsorption; elevated temperatures conducive to sand adsorption of ammonia nitrogen, nitrate nitrogen.

Keyword：Natural sand; adsorption; ammonia; influencing factors

中图分类号：X3 文献标识码： A 文章编号：

由于人类对环境资源开发利用活动的日益增加, 特别是本世纪以来，工农业大规模的发展，大量含氮、磷污染物的生活污水、工业废水排入河流水库中, 以及农田灌溉中，导致了地表、地下水体的富营养化。因此, 含氮、磷废水的处理对防治水体富营养化尤为重要。沙子是石英岩破碎后的产物，它的化学成分是二氧化硅。

1实验部分

1. 1实验材料

实验沙粒为北京建筑工地天然沙粒, 样品经筛选选取0.5—1mm;1mm—2mm,2mm-5mm的沙粒备用,。

实验所用化学试剂碘化钾、氯化汞、四水合酒石酸钾钠、氯化钠、氯化铵、氢氧化钾、氢氧化钠、硫酸等均为分析纯, 直接用超纯水配制所需浓度的溶液。

1. 2 实验仪器

紫外可见分光光度计;恒温振荡器。

分别在一系列250mL离心管中加入10g沙粒( 粒径58~ 120mm) 和100mL不同氨氮质量浓度的NH4Cl 溶液; 初始氨氮质量浓度分别为6, 10, 15, 20,30, 40, 50, 60, 80和100mg/ L的NH4Cl溶液, 加塞后均在25℃下恒温振荡至吸附; 在100r/ min下离心10min后, 取上清液过0-45mm微孔滤膜, 用纳氏试剂法测定滤液中氨氮浓度。

根据吸附前后氨氮的浓度差计算氨氮吸附量,

计算公式如下:

q= (C0- Ce)V/ M (1)

式中: q为沙粒吸附氨氮的质量比, mg/ kg; C0为吸附前溶液氨氮的初始质量浓度, mg/ L; Ce为吸附后溶液氨氮的质量浓度, mg/ L; V 为取样体积,mL; M为所取沙粒的质量, g。

1. 3. 3 吸附影响因素

向一系列250mL锥形瓶中加入100mL氨氮溶液, 取氨氮初始质量浓度为35mg/L加塞后在25℃恒温振荡后，取上清液过0 – 45mm微孔滤膜, 测定滤液中氨氮浓度,直至氨氮浓度不再减小。

2 结果与讨论

2. 1 不同温度下沙粒对氨氮吸附影响

氨氮吸附的过程与物质浓度、反应时间和反应温度3个参数紧密相连的。通过在不同温度下进行实验, 研究不同时间以及不同溶液浓度内沙粒对氨氮的吸附量, 进而得出反应速率变化的规律。沙粒对氨氮的吸附量随时间、温度而变化见图1。

图1 不同温度、不同时间下沙粒对氨氮的吸附曲线

沙粒对氨氮的吸附量都是随着时间的增加而增加, 随着温度的升高而增加。在吸附反应初始阶段( 0~5h) , 沙粒对氨氮的吸附速率较大, 吸附量上升很快; 随着吸附反应的不断进行, 吸附速率降低, 吸附量上升幅度较小, 在5~10h后吸附基本达到平衡, 15℃、25℃和35℃下的吸附质量比分别保持在110mg/ kg、130mg/ kg 和150mg/ kg左右。

2.2不同初始氨氮浓度对吸附的影响

实验中的初始氨氮质量浓度分别为5mg/ L、10mg/ L、15mg/ L、20mg/ L和25mg/ L, 30mg/ L，35mg/ L，40mg/ L，45mg/ L，50mg/ L沙粒粒径0.5-1mm, 用量为10g, 温度t =25℃，均在振荡12h后测量其浓度。

图2 不同初始氨氮浓度对吸附的质量比、去除率

随着溶液初始氨氮浓度的升高, 沙粒对氨氮的吸附能力增强,但增长速率呈缓慢下降的趋势。初始氨氮浓度由5mg/L 增加到20mg/ L时, 吸附质量比由36.6mg/ kg 上升到112.8mg/ kg。氨氮去除率增加且呈增长的速率缓慢下降, 初始浓度由20mg/L增加到50mg/L时, 吸附质量比由112mg/L增加到158mg/L,增长平缓。初始浓度影响着液相和固相之间的接触面积，浓度越大，固液间的推动力也越大, 因此初始氨氮浓度升高有利于提高沙粒的吸附能力, 但初始浓度过高会大大降低去除率。

2.3不同初始沙粒粒径对吸附的影响

对于不同粒径的沙粒，对氨氮吸附影响曲线图如图3所示

图3不同粒径的沙粒对氨氮吸附影响曲线图

初始氨氮溶液浓度均为30mg/L，振荡相同的时间，温度在25℃,沙粒粒径分别为0.5-1mm和1-2mm以及2-5mm沙粒的质量均为10g。粒径在0.5-1mm的沙粒对对氨氮的吸附质量比高于粒径为1-2mm的沙粒。结果表明, 随着沙粒粒径的减小, 沙粒对氨氮的吸附质量比增大, 由2-5mm的沙粒吸附质量比90mg/ kg增加到0.5-1mm沙粒吸附质量比130mg/ kg。

质量一定的固体沙粒，粒径越小，固液接触面积越大，越有利于提高吸附能力。

3结论

（1）对于25℃的常温而言，在0—5h时, 沙粒对氨氮的吸附速率加快, 吸附质量比上迅速上升; 随着吸附反应的不断进行,在6—10时，吸附质量比上升缓慢，吸附速率下降, , 在11h后吸附基本达到平衡, 吸附质量比稳定在150mg/ kg左右。

（2）15℃、25℃ 和35℃ 条件下, 天然沙粒对氨氮的吸附随着温度的身高有所提高，质量吸附比增加。随着沙粒粒径的减小, 沙粒对氨氮的吸附质量比显著增加。

参考文献

[1] 游少鸿, 佟小薇, 朱义年.天然沙粒对氨氮的吸附作用及其影响因素[J],环境保护2010，26（1）71-74.

[2] 赵剑强, 刘珊, 刘英聆, 等. 城市路面径流雨水水质特性分析[J] .西安公路交通大学学报,1999,19(S1) :31-33.

[3] 刘瑞民, 沈珍瑶,丁晓雯, 等. 应用输出系数模型估算长江上游非点源污染负荷[J]. 农业环境科学学报, 2008,27(2):677682.

[4] UNwei-ling，N1Jin-ren(孙卫玲，倪晋仁)．J．sediment Reseach(泥沙研究)，2002，6：53.

[5] 肖开提•阿布力孜， 阿不都热衣木•苏巴洪， 司马义•努尔拉,等. 原子吸收光谱法研究自然沙粒对pb2+的吸附性能[J]. 光谱学与光谱分析, 2011,31(11).

[6] 王亚东, 胡毓骐. 裸地蒸发过程土壤盐分运移的实验及数值模拟研究. 灌溉排水, 1992, 11(1): 1~5.

[7] 张瑜芳, 张蔚榛, 沈荣开等. 排水农田中氮素转化运移和流失. 武汉: 中国地质大学出版社, 1997.

[8] 许炯,XU Jiong-xin. 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室.水科学进展,2006,17(1)