复合改性沸石对生活污水中氮磷吸附效果的研究

陆璐 张冬翠

摘 要：沸石作为一种廉价的无机非金属的矿物，对生活污水中的氮磷具有一定的吸附能力，由于天然沸石对氮磷的吸附效果有限，所以需经过物理化学的方法通过提高沸石的空隙率和阳离子交换容量，来达到有效去除污水中氮磷的目的，故本文采取复合改性沸石对含氮磷废水进行研究，试验结果表明：氯化钠质量分数为5%、煅烧温度为400℃制得的复合改性沸石，对氨氮去除率可达到74.2%；镧改性沸石再进行高温处理，对磷去除率为86%。天然沸石经复合改性后对于氮磷的去除率大大提高。

关键词：天然沸石 复合改性沸石 吸附 氨氮 磷

中图分类号：X799.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（a）-0092-02

当前随着工业及社会经济的高速发展，水污染问题愈发严重，氮磷含量是导致水环境污染的重要影响因素，对于氨磷废水的处理，用常规的生物化学方法去除氨磷，周期长，效率低，成本高，用吹脱法，折点加氯，化学沉淀等物理化学方法也因其成本较高及自身存在的工艺缺陷而無法推广使用，近年来，国内开展利用沸石去除水中氮磷的研究。天然沸石对氮磷的吸附效果有限，需经物理化学的方法进行沸石改性，来达到有效去除污水中氮磷的目的，本文将复合改性沸石与天然沸石对氮磷的去除效果进行比较。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

天然沸石、复合沸石（复合沸石的制备见1.2.2与1.2.4）。

1.2 实验方法

1.2.1 天然沸石对废水中氨氮的吸附效果

（1）吸附等温线。

分别称取质量为1g预处理后的沸石，将其置于数支锥形瓶中，其后向锥形瓶内倒入100mL浓度为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100mg/L的氨氮溶液。将各锥形瓶置于恒温摇床中，在转速为135r/min情况下反应100min，测定不同浓度下天然沸石对氨氮吸附量。

（2）吸附动力。

称取1g预处理后的沸石置于数支锥形瓶中，然后向锥形瓶中倒入100mL浓度为15mg/L的氨氮溶液。在恒温摇床中以转速为135r/min的进行震荡，在不同时间取出样品，取上清液测出含氨氮浓度，计算氨氮去除率以及吸附量。

1.2.2 复合沸石对污水中氨氮的吸附效果

（1）复合沸石的制备。

称量8g预处理后的沸石放入锥形瓶中，然后向锥形瓶中倒入100mL质量分数为5%的NaCl溶液。将锥形瓶置于恒温摇床中，在转速为135r/min情况下接触反应12小时。待反应结束，用去离子水冲洗沸石的表面直至其为中性，然后置于烘箱内烘干备用。取数组氯化钠改性沸石，置于马弗炉中分别用不同的温度（100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃）煅烧1h进行改性处理，反应结束后待其冷却至室温，密封保存备用。

（2）实验方法。

分别称取盐热复合改性沸石0.5g投入到盛有100mL浓度为15mg/L的氨氮溶液中，放入恒温振荡器振荡100min，反应结束后将上清液抽滤，溶液剩余氨氮浓度通过上述实验方法操作，考察不同温度下氯化钠改性沸石对氨氮的吸附情况。

1.2.3 天然沸石对污水中磷的吸附效果

（1）吸附等温线。

称取1g预处理后的沸石，将其分别置于数支锥形瓶中，然后向锥形瓶中倒入100mL浓度分别为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100mg/L的磷溶液。将各锥形瓶置于恒温摇床中，在转速为135r/min情况下反应100min。反应结束后用0.45μm的滤膜过滤上清液，用钼锑抗分光光度法测定滤液的吸光度，计算得出不同磷浓度下天然沸石对磷酸盐的吸附量。

（2）吸附动力学。

称取1g预处理后的沸石，将其分别置于数支锥形瓶中，然后向锥形瓶中倒入100mL浓度为5mg/L的磷溶液。将各锥形瓶置于恒温摇床中，在转速为135r/min情况下分别反应不同时间。反应结束后用0.45μm的滤膜过滤上清液，用钼锑抗分光光度法测定滤液的吸光度，计算出天然沸石对磷酸盐的吸附量。

1.2.4 复合沸石对污水中磷的吸附效果

（1）复合沸石的制备。

称取10g天然沸石置于锥形瓶中，然后倒入5g氯化镧和100mL蒸馏水，摇匀，放置于恒温摇床震荡12h。反应结束后用2mol/L NaOH溶液调节溶液pH值至10，再使用蒸馏水对固体表面进行清洗直至上清液pH为7，将改性沸石放置于105℃烘箱中烘干，而后放入马弗炉中，在100℃～700℃温度下焙烧1h，冷却密封保存。

（2）实验方法。

称取1g复合改性沸石投入到盛有100mL浓度为5mg/L的磷酸盐溶液中，按照上述实验方法操作，研究复合改性沸石对磷的吸附效果。

2 实验数据分析

2.1 天然沸石对氨氮的吸附效果分析

试验表明，随着氨氮初始浓度不断增加，天然沸石吸附氨氮含量不断提升。

天然沸石吸附氨氮的动力学变化趋势基本符合“快速吸附，缓慢平衡”的特点。在氨氮浓度为15mg/L情况下，吸附平衡时间为100min，平衡吸附量为1.08mg/g。

2.2 复合改性沸石对氨氮的吸附效果分析

试验表明，质量分数为5%NaCl改性沸石在煅烧温度为200℃～400℃范围时，氨氮去除率随着温度的升高而逐渐增大。氯化钠改性沸石经过高温改性后，去除了沸石内部的杂质，提高了沸石的比表面积，当温度高于400℃时，过高的温度破坏了沸石内部的晶体结构，导致沸石吸附氨氮的性能的急剧下降。

2.3 天然沸石对磷的吸附效果分析

试验结果表明，接触时间为0～60min时，沸石对磷去除率随着接触时间的增加而提高，而后趋于吸附效果平缓，说明在吸附时间为60min时沸石对水中磷已达到吸附平衡。

2.4 复合改性沸石对磷的吸附效果分析

试验结果表明，复合改性拓宽了沸石的孔道，内部有效吸附点位增多，从而提高了对水中磷的去除率，当复合改性温度高于400℃时，沸石内部结构受到破坏，导致吸附磷的效果下降。

3 结论

天然沸石对于水中氮磷就有一定的吸附效果，在适宜条件下对天然沸石进行复合改性可大幅度提高对氮磷的吸附效果，实验结论如下：（1）氯化钠质量分数为5%、煅烧温度为400℃制得的复合改性沸石，对氨氮去除率可达到74.2%；（2）天然沸石经镧改性，煅烧温度为400℃时，制成的复合改性沸石除磷率高达86%。

参考文献

[1] 于萍萍，张进忠，林存刚.水资源现状分析及保护对策的研究[J].资源环境与发展，2006（2）：21-27.

[2] 2016年《中国环境状况公报》（摘录）[J].环境保护，2017，45（11）：35-47.

[3] 刘剑.改性沸石去除模拟二级出水中氨氮的实验研究[D].昆明理工大学，2015.