粉煤灰吸附废水中氨氮的研究

孙菱翎 霍建利 秦佳欢 赵微微 黄欣桐 王克元 张志敏

摘要：本实验以粉煤灰为吸附剂，探究不同的氨氮初始浓度、粉煤灰用量、pH、反应温度及反应时间下对氨氮吸附率的影响，并研究了其吸附性能.结论如下：初始氨氮浓度为200mg/L，粉煤灰加入量为4g，pH为9，反应温度为30℃，反应时间30min，吸附率达到68.27%.符合Freundlich型等温吸附.

关键词：氨氮废水;吸附;粉煤灰

中图分类号：O647.3;X703  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）04-0038-04

引言

近年来，随着化学工业与制造业等的日益兴盛，许多工厂的氨氮废水排放量不断增多[1]，使得人们赖以生存的大气、土壤、淡水等污染越发严重.除此之外，还包括部分生活污水、汽车尾气及动物排泄物等也会产生氨氮.氨氮主要以NH3或NH4+的形式存在[2]，氨氮废水的超量排放使全球环境污染日趋严重.主要表现在淡水富营养化导致的赤潮方面[3-4].所以，开发高效的吸附剂以降低废水中的氨氮是治理环境污染的重要任务之一[5].

目前，具有吸附性物质很多，包括蒙脱土，活性炭，粉煤灰等等.其中，粉煤灰具有吸附性好，来源方便，价格低廉等的特点[6-13]，我国作为煤炭储量大国，而且又是生活工业用煤大国，每年都会产生大量的粉煤灰，如果不及时处理长期堆放，经风吹散也会造成雾霾等天气.因此，可以利用粉煤灰作为吸附氨氮废水中氨氮的吸附剂，变废为宝、变害为利[14]，解决河流、空气、土壤中的污染问题[15-16].

本实验采用赤峰学院供暖锅炉房产生的粉煤灰作为吸附剂，在不同条件下吸附废水中的氨氮.得出较优的操作条件（氨氮初始浓度、粉煤灰用量、温度、pH、反应时间），并考查等温吸附模型.通过氨氮吸附从而更大幅度的降低废水中氨氮的浓度，减少污染物排放，保护环境[17].

1 实验部分

1.1 实验步骤

第一步，用氯化铵配制一系列浓度梯度的氨氮废水，通过分光光度计进行测定计算分析，作氨氮浓度与吸光度之间的标准曲线.

第二步，进行因素实验，研究不同氨氮初始浓度、粉煤灰用量、温度、pH值、反应时间对氨氮吸附的影响.

第三步，通过上述实验较佳吸附条件，探讨粉煤灰对氨氮吸附的等温吸附性能.

1.2 实验仪器与试剂

1.2.1 实验仪器

1.2.2 实验试剂

1.3 氨氮标准曲线的绘制

分别配制0、0.1、0.2、0.6、1.0、1.4mg/L的氨氮标准使用液，采用纳氏试剂光度法[18]测定其吸光度，得出氨氮浓度与吸光度之间的标准曲线，如下图1.氨氮含量与吸光度的关系是：

y=0.368x+0.031，R2=0.9938  （1—1）

2 实验结果及讨论

2.1 初始氨氮浓度对氨氮吸附率的影响

选用pH为9、吸附反应时间30min、氨氮吸附剂为5g、温度为室温20℃，考查不同初始浓度对氨氮吸附率的影响.

由图2可知，随着氨氮初始浓度的增加，氨氮吸附率逐渐减低.这是因为粉煤灰的用量固定，在氨氮浓度增加的情况下，粉煤灰与氨氮接触机会降低，使得吸附率降低.当氨氮含量达到200.00mg/L，已经吸附废水中大部分氨氮化合物，降低了废水中氨氮的浓度，对于一般含较高浓度氨氮的工业污水与生活污水有了初步的吸附效果.因此，为了方便研究，后续实验均采用氨氮初始浓度为200mg/L的废水进行研究.

2.2 反应时间对氨氮吸附率的影响

选用氨氮初始浓度为200mg/L，pH为9、氨氮吸附剂为5g、温度为室温20℃，考查不同反应温度对氨氮吸附率的影响.

由图3可以得出，不断加长搅拌时间，吸附效率刚开始直线上升，搅拌达到30分钟以后，吸附效率基本趋于平缓.是因为刚开始大量的粉煤灰可以与废水中的氨氮充分接触，快速吸附氨氮，30分钟以后，粉煤灰对氨氮的吸附基本达到了饱和.再增加反应搅拌时间对氨氮的吸附性所起到的效果不明显.所以，后续研究均采用反应时间为30分钟.

2.3 粉煤灰用量对吸附率的影响

选用氨氮初始浓度为200mg/L，pH为9、吸附反应时间30min、温度为室温20℃，考查不同反应用量对氨氮吸附率的影响.

由图4可以得出，吸附剂投入量的不断加大，吸附剂对氨氮污水的吸附率开始进一步升高，当加入吸附剂4g时出现拐点，吸附率上升趋于缓慢.这是因为开始加入少量粉煤灰，与废水中的氨氮结合不足，而当煤灰量增加后，吸附率迅速增加，而当粉煤灰为4g后，氨氮吸附已经趋于饱和，进一步加大吸附剂的投入量，吸附效果不明显.所以，后續实验采用吸附剂投入量4g.

2.4 pH对吸附效果的影响

选用氨氮初始浓度为200mg/L，氨氮吸附剂为5g、吸附反应时间30min、温度为室温20℃，考查不同pH对氨氮吸附率的影响.

从图5可以得出，随着pH的不断升高，氨氮吸附率开始缓慢升高后快速降低，pH值为9时，粉煤灰的吸附率达最大值.这是因为，粉煤灰的吸附能力大的环境是在偏碱性环境下的，pH值太大或者太小时，造成粉煤灰与已经吸附的氨氮进一步解离，进而影响吸附能力.因此，选择较佳的pH值为9.

2.5 反应温度对吸附效果的影响

选用氨氮初始浓度为200mg/L，氨氮吸附剂为5g、吸附反应时间30min、pH为9，考查不同反应温度对氨氮吸附率的影响.

由图6可以得出，随着反应温度的提高，吸附剂对氨氮吸附率先升高后逐渐降低，当反应温度在30℃时，氨氮吸附率达到最高值.这是因为吸附反应易在低温下进行，升温导致分子热运动越剧烈，不易与粉煤灰接触，吸附性下降.因此，较优的吸附温度是30℃.

2.6 吸附等温线实验

在不同浓度氨氮废水中各投入4g吸附剂，pH为9，在30℃的条件下反应30分钟，得出吸附达到平衡时的最终吸附量及平衡液中氨氮残留量.采用Langmuir与Freundlich公式[19]其等温吸附能力.

Langmuir等温吸附方程：

Freundlich等温吸附方程：

采用Langmuir公式进行作图，得到的趋势线如图7所示，得到方程式为：

1/Q=0.5167*1/C+0.0031，R2=0.9288  （2-3）

同理，采用Freundlich等温吸附拟合，结果为图8，方程式为：

lgQ=0.4955*lgC+1.0659，R2=0.9604  （2-4）

从上述两幅图分析可以得出，Freundlich吸附线上的点回归性相对较好，具有更明显的线性关系.因此，粉煤灰吸附性能更吻合Freundlich型吸附.其方程式的系数为0.4955，且系数在0.1至0.5的区间[20]，表示具有吸附能力.所以，粉煤灰作为废水中氨氮的吸附剂是可行的.

3 结论

通过采用粉煤灰吸附废水中的氨氮.得出结论如下：

（1）实验通过研究不同氨氮初始浓度、粉煤灰用量、pH值、反应时间、反应温度得出了较优的反应条件，氨氮初始浓度为200mg/L，粉煤灰用量为4g，pH为9，温度为30℃，反应时间为30min，吸附率达到68.27%;符合Freundlich型等温吸附.

（2）粉煤灰作为氨氮吸附剂可行，可为此方面的研究提供一定的理论依据，在减少环境中氨氮的污染方面有一定的实际作用，在今后的研究中，开发一些改性的粉煤灰用来提高其吸附性能具有广阔的前景.

参考文献：

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