百草枯废水处理工艺研究

赵广福，赵维德，吴 超，徐善坤

（安徽国星生物化学有限公司，安徽省杂环化学实验室，安徽马鞍山243100）

百草枯废水为高氨氮废水，由于氨氮是生态氮循环的重要部分，因而高氨氮废水一旦进入水体，可导致水体富营养化，消耗水体中大量氧，导致水体的生态失衡，造成不可估量的经济损失[1]；氨氮在水体中微生物作用下转变为硝态氮和亚硝态氮，而硝态氮和亚硝态氮对人体有较大的伤害[2]。

目前百草枯废水的处理方法主要包括吹脱法、化学沉淀法、折点加氯法和液膜分离法[3]，其中吹脱法需要能耗大，而且容易导致大气二次污染[4]；液膜分离法成本较高，不适合企业大规模处理[5]；化学沉淀法和折点加氯法都存在工艺不稳定，难控制的缺点[6]。

阳离子交换树脂处理百草枯废水的报道极少，经过实验发现，阳离子交换树脂不仅对百草枯废水中氨氮去除效果较好[7]，还可以回收NH4Cl，树脂还可以再生，具有较好的环境和经济效益。本文研究了D113 阳离子交换树脂对百草枯废水中氨氮的吸附作用，通过静态实验分析温度、pH、接触时间和树脂用量对氨氮去除率的影响，并对树脂的脱附再生效果进行研究。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

HCl、NaOH、酒石酸钾钠溶液、酚酞指示剂、甲基橙指示剂、纳氏试剂、无水乙醇等，百草枯废水，阳离子交换树脂。

UV-2100 型紫外可见分光光度计；QYC2102 型恒温振荡箱等。

1.2 实验方法

1.2.1 树脂预处理

新购的树脂表面会附有少量的低聚合物和少量的金属阳离子[8]，因此，在初次使用前，需要对其进行预处理。将D113 阳离子交换树脂采用无水乙醇浸泡2 h，用2 mol/L NaOH 溶液浸泡4 h，用蒸馏水洗至中性，再用2 mol/L HCl 溶液浸泡4 h，后用蒸馏水洗至中性备用。

1.2.2 静态吸附

将D113 阳离子交换树脂加入到百草枯废水中，在恒温磁力搅拌器上进行搅拌，考查温度、pH、接触时间、离子交换树脂投加量等因素对吸附效果的影响，采用分光光度计测定氨氮浓度。

1.2.3 树脂解吸和再生

将吸附氨氮后离子交换树脂加入到2 mol/L 的HCl，振荡2 h，再用清水洗至中性备用[9]。氨氮去除率η按下式计算：

式中：C0为氨氮的初始浓度，mg/L；C 为反应后的氨氮浓度，mg/L。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对吸附效果的影响

向100 mL 百草枯废水中加入D113 阳离子交换树脂10 g，调节pH 值为7，分别在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃下搅拌30 min，取吸附后的上清液测定氨氮浓度，结果如图1 所示。

图1 反应温度对吸附效果的影响

由图1 可以看出，温度从25℃～30℃，树脂对氨氮的去除率上升，随着温度继续升高，树脂对氨氮的去除率下降，所以，30℃的氨氮去除效果最好。

2.2 pH 对吸附效果的影响

向100 mL 百草枯废水中加入D113 阳离子交换树脂10 g，30℃下分别调节溶液pH 值为5、6、7、8、9，搅拌30 min 后，取吸附后的上清液测氨氮浓度，结果如图2所示。

图2 pH 对吸附效果的影响

由图2 可以看出，pH 从5～7，树脂对氨氮的去除率慢慢变大，当pH 继续升高，树脂对氨氮的去除率有所降低，当pH 大于8 时，树脂对氨氮的去除率急剧降低。因为pH 偏高时，可用于吸附氨氮的树脂量会减少，影响离子交换吸附的过程。所以，pH 为7 的氨氮去除效果最好。

2.3 接触时间对吸附效果的影响

向100 mL 百草枯废水中加入D113 阳离子交换树脂10 g，在温度为30℃下，调节溶液pH 值为7，分别搅拌5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min、40 min、50 min、60 min 后，取吸附后的上清液测氨氮浓度，结果如图3 所示。

由图3 可以看出，在5～30min 之间，随着接触时间的增加，树脂对氨氮的去除率慢慢变大，当接触时间大于30 min 时，树脂对氨氮的去除率基本不变。所以，最佳去除时间为30 min。

2.4 树脂用量对吸附效果的影响

图3 吸附时间对吸附效果的影响

分别向100 mL 百草枯废水中加入D113 阳离子交换树脂1 g、5 g、10 g、15 g、20 g，在温度30℃下，调节溶液pH 为7，分别搅拌30 min 后，取吸附后的上清液测氨氮浓度，结果如图4 所示。

图4 树脂用量对吸附效果的影响

由图4 可以看出，树脂用量在10～100 g/L 时，随着树脂用量的增加，树脂对氨氮的去除率也慢慢提高，当树脂用量大于100 g/L 时，树脂对氨氮的去除率基本不变。所以，最佳树脂用量为100 g/L。

2.5 树脂解吸再生试验

分别向100 mL 百草枯废水中加入新D113 阳离子交换树脂、一次再生D113 阳离子交换树脂、二次再生D113 阳离子交换树脂、三次再生D113 阳离子交换树脂10 g，在温度为30℃下，调节溶液pH 值为7，分别搅拌30 min 后，取吸附后的上清液测氨氮浓度，结果如图5所示。

图5 再生树脂对吸附效果的影响

由图5 可以看出，随着树脂再生和循环使用次数的增加，树脂对氨氮的去除率轻微降低，但是三次再生后树脂对氨氮去除率变化较小。所以，树脂可以再生与重复利用。

3 结论

（1）D113 阳离子交换树脂对百草枯废水中氨氮最佳的吸附条件为：温度为30℃、pH 为7、树脂用量100 g/L、接触时间30 min，此时百草枯废水中氨氮去除率可达到90%。

（2）D113 阳离子交换树脂去除百草枯废水的氨氮可以重复使用。