沸石静态吸附性能试验研究

代学民 陈 琼 吕 显 张守明

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000;2.张北县规划局，河北 张家口 075000)

0 引 言

随着工农业生产的发展，河流、湖泊和水库等水域由于生活污水、工业废水和农业废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.水体中的高浓度的氨氮会增加给水处理的难度，常规的给水处理工艺很难去除水体中的氨氮，饮用水的水质很难得到保证.现在，好多给水处理厂还是采用氯消毒，含有氨氮的水用氯消毒时，氨氮会和氯发生化学反应，形成氯胺的产物，这样将增加氯的投加量和降低消毒效率.

近年来，国内外用沸石作为吸附剂去除水中氨氮的研究还比较少.本文主要针对沸石对氨氮的吸附来对沸石的静态吸附性能进行试验及分析.

1 实 验

1.1 实验仪器

电子天平、TU-1900双光束紫外可见分光光度计、DELTA 320 PH计、移液管、锥形瓶、振荡器、滤膜、容量瓶等.

1.2 实验材料

浙江缙云的天然斜发沸石、氯化铵、高锰酸钾、蒸馏水等.

2 结果与讨论

2.1 沸石对氨氮静态吸附

微污染饮用水源水氨氮为0.50 mg/L～3.30 mg/L，如果水源水被严重污染时，氨氮可达5.00 mg/L～7.00 mg/L.为了很好的模拟微污染饮用水源水，用氯化铵和蒸馏水配制5.00 mg/L的氨氮使用溶液作为微污染饮用水源水.

在250 mL锥形瓶中加入100 L配制好的氨氮使用溶液，接着投加准确称取1 g的沸石，把锥形瓶放在振荡器中振荡，记录随时间变化过程中氨氮浓度的变化.作出溶液中氨氮的浓度和去除率变化随时间变化关系如图1所示.

图1 溶液中氨氮的浓度和去除率变化随时间变化关系

由图1可知，在0 min～10 min吸附时间中，沸石对氨氮的去除效率快速上升，而溶液中氨氮的浓度则快速下降；在10 min～30 min吸附时间中，氨氮的去除率和氨氮浓度曲线逐渐变得平滑.30 min中后，氨氮浓度下降变慢，氨氮的去除率上升也就变得慢了，整个沸石吸附氨氮的体系渐渐趋于平衡.可见沸石具有“快速吸附、缓慢平衡”的特点.在10 min时，锥形瓶中氨氮的浓度为1.31 mg/L，沸石对氨氮的去除率为73.8%；在20 min时，锥形瓶中氨氮的浓度为0.96 mg/L，沸石对氨氮的去除率为80.8%；在30 min时，锥形瓶中氨氮的浓度为0.65 mg/L，沸石对氨氮的去除率为87%；30 min以后，沸石对氨氮的去除率增加不大.

2.2 沸石吸附对溶液pH的影响

在五个250 mL锥形瓶中，分别加入100 mL氨氮浓度为10 mg/L，20 mg/L，40 mg/L，80 mg/L和100 mg/L用氯化铵和蒸馏水配制的使用溶液，再分别投入1 g沸石，测量各个锥形瓶中溶液的pH值，接着，把五个锥形瓶用振荡器振荡1小时，静置15 min，取上清液测定溶液的pH，作图，如图2所示.

图2 沸石吸附前后溶液pH的变化

由图2可知，沸石吸附后溶液PH值高于没有吸附的溶液PH值.是由于溶液中的NH4+取代了沸石晶体中Na+等平衡电荷离子，而沸石晶体中Na+等平衡电荷离子进入溶液，这样溶液的pH值升高.所以，沸石对含有氨氮的溶液处理除了吸附作用以外还有离子交换作用.可见，沸石和含氨氮的溶液发生吸附作用和离子交换作用之后，会造成其出水pH升高.

2.3 沸石的有机物静态吸附

在附近微污染的河流取水样，测定CODMn和UV254，接下来，在250 mL锥形瓶中加入100 mL水样，投入1 g沸石，振荡1小时，静置15 min，取上清液分别测定CODMn和UV254.连续3日取水样测定，数据见表1.

表1 沸石吸附水样中有机物的情况

由表1可知，连续3日水样的CODMn为5.88 mg/L～6.73 mg/L，而沸石对CODMn的去除率为2.89%～3.78%.沸石对CODMn的去除率不高，是由于沸石的内部孔径很小，平均孔径为3.5Å～4Å，所以，一些分子直径较大的有机物分子无法进入沸石内部孔道，从而只能在沸石的表面吸附，使沸石的吸附效果降低.连续3日水样的UV254为0.2089 cm-1～0.2127 cm-1，而沸石对UV254的去除率为5.41%～6.82%.可见沸石对水样中的UV254有一定的去除效果.

3 结 论

(1)沸石对铵离子具有很强的选择性离子交换和吸附能力.

(2)沸石具有“快速吸附、缓慢平衡”的特点.在10 min时，锥形瓶中氨氮的浓度为1.31 mg/L，沸石对氨氮的去除率为73.8%；在20 min时，锥形瓶中氨氮的浓度为0.96 mg/L，沸石对氨氮的去除率为80.8%；在30 min时，锥形瓶中氨氮的浓度为0.65 mg/L，沸石对氨氮的去除率为87%；30 min以后，沸石对氨氮的去除率增加不大.

(3)沸石和含氨氮的溶液发生吸附作用和离子交换作用之后，会造成其出水pH升高.

(4)沸石对微污染河水的CODMn的去除率为2.89%～3.78%，对微污染河水的UV254的去除率为5.41%～6.82%.

参 考 文 献

[1]谭万春.沸石用于水中有机微污染物质的去除[J].非金属矿,2011(2)

[2]孙迎雪.微污染水源饮用水处理理论及工程应用[M].第1版.北京：化学工业出版社，2011.6