酸改性沸石处理含磷废水的制备条件研究

程 婷

（太原工业学院环境与安全工程系，山西太原030008）

酸改性沸石处理含磷废水的制备条件研究

程 婷

（太原工业学院环境与安全工程系，山西太原030008）

沸石由于其多孔的特性可以作为水体吸附剂，但天然沸石的吸附容量较低，需要通过改性提高其吸附性能。本文对沸石进行酸改性，探讨酸的种类、浓度、时间、固液比，确定最优的改性条件。实验结果表明对于处理100 mL，2 mg/L的含磷溶液，盐酸改性浓度为4 mol/L，改性时间为2 h，固液比为1∶10，所得最佳磷去除率为50.50%。硫酸改性沸石的最佳条件为硫酸浓度7%，改性时间2 h，固液比1∶10，磷去除率为45.85%。

沸石；酸改性；去除磷

目前，国内外常用的除磷方法主要有沉淀法、生物法、混凝法、吸附与离子交换法、氧化塘[1-2]。其中，生物除磷法工艺比较复杂，且难以保证出水水质。相对于生物除磷而言，化学法除磷的最大弊端是污泥量大，残留的金属离子增加了污泥的处理量和处理难度；吸附法则被认为是能够较好地适用于宽浓度范围的废水除磷的方法[3-5]。天然沸石又以其成本低和性能优越、资源丰富的优势，成为一种新型除磷吸附材料，但天然沸石吸附容量低的缺点限制了其在废水除磷方面的应用，本文采用不同种类的酸对沸石进行改性，制备一种新型低成本的水处理吸磷剂，为我国水体的磷污染控制提供支持[6]。

1 实验部分

1.1酸改性沸石制备

分别用不同浓度的盐酸溶液、硫酸溶液浸渍水洗天然沸石，抽滤水洗至中性，烘干备用。

1.2吸附试验

本实验采用静态吸附试验，取一定磷浓度的水样于锥形瓶中，用NaOH调节溶液pH值，加入适量的吸磷剂，摇匀，置于恒温摇床中，设置转速为120 r/min，进行吸附实验。

1.3测定方法

实验采用钼酸铵分光光度法（GB 11893-89）[7]测定水中总磷浓度。

2 结果与讨论

2.1磷标准曲线

用钼酸铵分光光度法测得磷标准溶液的吸光度值。以浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标制出的磷标准曲线如图1所示。

图1 磷标准曲线

2.2酸浓度对改性沸石去除磷效果的影响

实验配置硫酸浓度依次为7%、14%、21%、28%、32%、49%、63%，盐酸浓度为0.0、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0 mol/L，探讨改性酸浓度对于沸石改性效果的影响，并筛选出硫酸和盐酸的最优浓度。实验结果如图2、3所示。

图3 盐酸浓度对去除率的影响

由图2可以发现改性沸石去除磷效果随着硫酸浓度的增加而降低。硫酸浓度为7%时，磷去除率最高为40%，当硫酸浓度超过28%时，去除率大幅下降至16.4%，可以推断，当酸浓度过高的时候，沸石的晶体结构被破坏使其丧失吸附性能。因此，当硫酸浓度为7%时去除率最高，是最佳的硫酸改性浓度。由图3可以看出磷的去除率随着盐酸浓度的增加而增加并趋于平缓。当盐酸浓度为2 mol/L、4 mol/L和6 mol/L时，去除率均在47%左右，可见盐酸对沸石内部某些杂质有清除作用，继续增加盐酸浓度，磷去除率增幅较缓，说明沸石的结构不再发生大的变化，对磷的吸附已趋于饱和[8-10]，因此盐酸改性沸石的最佳浓度可以选择为4 mol/L。

2.3改性时间改性沸石去除磷效果的影响

硫酸浓度为7%，盐酸浓度为4 mol/L，实验探讨改性时间对沸石吸附除磷效果的影响，其结果如图4所示。

图4 酸改性时间对磷去除率的影响

由图4可以看出硫酸改性和盐酸改性后沸石的除磷率都随着改性时间的增加而呈现先增大后降低的结果。对于硫酸改性沸石，当改性0.5 h时去除率为14.57%，改性2 h时去除率增加了约30%，随后随着改性时间的增加去除率的降幅由缓变急，改性4 h时，去除率相对改性3 h时来说下降了约25%。对于盐酸改性沸石，用盐酸改性0.5 h时磷的去除率为50.5%，当改性时间为2 h时去除率最高约为60%，随后除磷率开始下降。硫酸和盐酸改性沸石的除磷性能变化趋势基本相同。酸对沸石能够起到某些促进作用，如溶解堵塞沸石孔道的某些物质,使得孔道和通道更加畅通，又比如使得沸石矿物的结晶构造发生一定程度的变化，可增加吸附活性中心。而改性2 h之后，酸对沸石的持续作用会使得沸石结构发生超出程度的变化，这样并不利于沸石的吸附作用，因此越往后，沸石的吸附效果越差。因此硫酸和盐酸的最佳的改性时间均为2 h。

2.4固液比对酸改性沸石去除磷效果的影响

硫酸浓度为7%，盐酸浓度为4 mol/L，改性时间均为2 h，实验设置固液比分别为1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30，探讨固液比对于酸改性沸石吸附除磷效果的影响，其结果如图5所示。可以看到固液比对于硫酸和盐酸改性沸石的除磷率影响不是很大，随着固液比的增加酸改性沸石的除磷率增大的幅度很小。可以推测，在投加沸石量、盐酸浓度以及改性时间不变的情况下，盐酸体积适当的增加有利于改善沸石内部结构，促进沸石的吸附效果，但效果不是很明显[11-12]。盐酸改性和硫酸改性相比，沸石的除磷效果要增大的明显，2种酸的最佳固液比均为1∶10。

图5 固液比对磷去除率的影响

3 结论

通过对天然沸石进行酸改性和热改性，采用单因素变量法和静态实验方法，得到以下结论：

1）对于100 mL，磷离子浓度为2 mg/L的磷标准溶液，投入1 g硫酸改性的沸石，在35℃下振荡吸附100 min，硫酸改性沸石的最佳改性条件为：硫酸浓度为7%，改性时间为2 h，固液比为1∶10，所得最佳磷去除率为45.85%。

2）对于100 mL，磷离子浓度为2 mg/L的磷标准溶液，投入1g盐酸改性的沸石，在35℃下振荡吸附100 min，盐酸改性沸石的最佳改性条件为：盐酸浓度为4 mol/L，改性时间为2 h，固液比为1∶10，所得最佳磷去除率为50.50%。

参考文献

[1]李超,朱邦辉.沸石吸附处理含磷废水的研究进展[J].广东化工,2010,38(3)：28-30.

[2]Hano T，Takanashi H．Removal of phosphorus from wastewater by activated alumina adsorbent[J].Water Science and Technology，1997，35(7)：39-46

[3]金瑞奔，杨如增，赵建夫，等.沸石在水环境治理中的应用现状与前景[J].上海地质，2004，89(4)：13-15．

[4]肖举强，于连群，李桂荣，等.活化沸石处理污染水源水研究[J].给水排水，1997，23(6)：16-19

[5]曹建劲.沸石活化及其在水处理中的应用研究[J].重庆环境科学,2003,25(12)：169-176

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[9]张楠，张大志.改性沸石除磷影响因素的正交试验分析[J].天津城市建设学院学报，2007，13(2)：131-134．

[10]Komarowski S Y，Jones P and Mac Dougall A．Removal of nutrients from secondary treated wastewater effluent using natural zeolite．in Biological Nutrient Removal Wastewater[D]．Sydney：Australia Wastewater Association，1994．

[11]张卫东.活化沸石对饮用水的脱附行为的研究及应用初探[D].北京：清华大学,1994

[12]陈平.关于用稀土改性的沸石除水中氟的研究[J].黑龙江商学院学报,1994,10(3)：16-18．

The Experimental Study of Prepared Conditions of Acid Modified Zeolite to Treat the Phosphorus Wastement

CHENG Ting
（Department of Envirenment and Safety Engineering,Tai Yuan Institute of Technology,Taiyuan Shanxi,030008）

Natural zeolite can remove phosphorus from wastewater because of its porous properties,and the properties can be improved by modification.This study explored the acid modification method.It determines the optimal modification conditions by changing the kinds of acid,concentration of acid,modification time,solid-liquid ratio,.The result shows that,for 100ml,2mg/L initial phosphorus concentration,,the optimal modification condition was 4mol/L hydrochloric acid,modified time 2h,the solid liquid ratio 1：10,then the phosphorus removal rate was 50.5%;and the density of sulphuric acid 7%,modified time 2h,the solid liquid ratio 1：10,then the phosphorus removal rate was was 45.85%.

zeolite;acid modification;removal of the phosphorus

X506

A

〔责任编辑 杨德兵〕

1674-0874(2017)01-0035-03

2016-10-16

程婷(1989-)，女，山西长治人，硕士，助教，研究方向：水污染控制与治理。