吸附法处理氨氮废水的研究

冯潇艳

(汾阳市环境监察大队 ，山西 吕梁 032200)

引 言

氨氮废水的来源多种多样，主要来自于钢铁、玻璃制造、肉类加工、化肥以及石油化工行业。氨氮废水如果不经过处理随意排放，首先造成水体富营养化，使藻类滋生，消耗掉水中大量的溶解氧，致使水生生物死亡，严重破坏生态环境。因此方便快捷地处理氨氮废水，是近几年来环保领域研究的热点。

1 吸附法处理氨氮废水作用机制

传统的氨氮废水处理方法有两类，一类是生物处理法，包括A/O工艺、A2/O工艺、SBR工艺以及短程或同时硝化反硝化、厌氧氨氧化工艺；另一类是物理化学法，包括吸附法、化学沉淀法、吹脱法、折点氯化法以及离子交换法如图1所示。虽然氨氮废水的处理方法多种多样，但是各种方法的优缺点也非常明显。我们需要综合考虑经济效益与处理效果，相比于其它方法，吸附法设备及操作成本低，无二次污染，经济效益最好，发展前景良好。

吸附法的作用机理是利用吸附剂较大的比表面积，将废水中的有机杂质以及各种离子吸附在吸附剂表面，从而达到净化废水的作用。按照吸附的结合力不同，可以分为化学吸附、物理吸附以及离子交换吸附。

2 化学吸附

化学吸附利用了吸附剂内表面上特定的活性基团，与氨氮废水中的特定离子发生反应，以共价键的形式使污染物结合在吸附剂上，从而可以有效去除其他手段不能有效去除的物质，化学吸附的同时通常伴有一定量的物理吸附。

图1 不同浓度氨氮废水的处理方法

3 离子交换吸附法

离子交换法的原理较为简单，酸性或者中性条件下，离子氨是氨氮在水中的主要存在形式。利用能够与铵离子具有强选择性的交换剂，使铵根离子交换到吸附剂上。目前常用离子交换吸附剂主要是沸石、蛭石、蒙脱石、离子交换树脂等，其中沸石最为常用。这些材料廉价易得，一般需要做改性处理即可使用。

沸石比表面积极大，其内有大量孔道，内部空间甚至可以占到体积的一半左右。因此，用沸石做吸附剂是当前研究的热点。沸石又分为斜发沸石和片沸石。崔凯[4]用90 g/L的氯化钠溶液对沸石进行改性处理，改性后的沸石可以处理100×10-6的氨氮废水，处理率达到90%，发现影响处理效率的因素主要与浓度和pH有关。采用天然斜发沸石吸附200 g/L的氨氮废水，吸附率可以达到92.7%。许育新等系统地采用热力学方法研究了天然斜发沸石的吸附曲线，吸附是热力学的自发过程，是放热反应，每克沸石可以吸附18 mg的氨氮。Sancho等用中空纤维膜接触器与沸石结合技术回收日常废水中的氨，回收率可以达到98%。王文超等采用天然斜发沸石吸附200 g/L的氨氮废水吸附率也达到了92%。唐登勇采用氯化钠改性沸石与天然斜发沸石作比较，吸附率是天然斜发沸石的2.67倍。饶丽等人采用5%的氯化钠改性沸石，发现沸石再生性能稳定，可以维持在4 mg/g左右。如果用氯化钠和次氯酸钠对吸附后的沸石进行脱附，混合溶液的脱附效果也明显好于单独使用，脱附后的氨氮可以转化为氮气，处理效果明显较好。再生后的沸石甚至可以重复使用20次以上。

膨润土的主要成分是蒙脱石，主要含有二氧化硅、三氧化二铝以及钠钾钙镁等金属离子。其含有巨大的表面积，离子交换能力优秀。张广兴等通过表面活性剂和氯化铝对膨润土进行改性，氨氮废水的脱除率可以达到75%，再生后依然可以达到63%。刘丹等以壳聚糖为改性剂，改性后的膨润土氨氮去除率可以达到69%。

4 物理吸附法

吸附剂对氨氮的吸附作用力可以分为两种，分别是范德华力和化学键力。物理吸附正是利用了范德华力进行吸附，将废水中的氨氮固定在吸附剂上[5]。活性炭是应用最广泛的吸附剂，活性炭主要有煤制、椰壳、沥青活性炭等。P.Vassileva等使用硝酸、双氧水和空气对褐煤制备的活性炭进行改性，改性后的活性炭可以对氨氮废水进行处理，24 h后活性炭处理效率可以达到90%。虽然活性炭应用广泛，但一般的活性炭吸附量较低，只适用于低浓度废水的处理。今年来生物质炭开始兴起，生物质炭具有工艺简单，不需要二次活化的优点。刘雪梅等人采用磷酸改性的油茶壳活性炭去处理氨氮废水，吸附量可以到到12.5 mg/g，该吸附接近于单分子层吸附。

粉煤灰也是近年来人们主要研究的吸附剂，有很大的潜力。粉煤灰主要来源是发电厂烧煤后的残渣。粉煤灰的表面有大量Si-O-Si键和Al-O-Al键，使其表面疏松而多孔。如果对粉煤灰进行改性，极有利于去除废水中的杂质，并且实现废弃物的循环利用。贾汉英等人利用液碱对粉煤灰进行改性，改性后的粉煤灰吸附率可以达到81.56%[6]。

5 结语

随着国家排污标准的执行日趋规范和严格，寻求经济高效的氨氮废水的处理方法刻不容缓。吸附法作为一种便捷、高效、操作简单的处理氨氮废水的方法，不仅应用在生活废水的处理上，在工业废水以及废水的预处理、深度处理等方面也有全面的应用。在使用吸附法处理氨氮废水的过程中，吸附剂的选用以及改性是关键所在，MHP、沸石、膨润土、生物炭以及粉煤灰等都有很好的发展前景。我们既要保证吸附量的最大化，也要保证吸附剂有良好的再生性能，我们的目的是选择一种可以重复稳定使用、符合环境友好和经济效益好的吸附剂。

近年来，其它人工合成的吸附材料，像纳米材料、复合材料以及高分子材料的吸附剂也开始逐渐被人们使用，这些合成材料的出现，给了吸附材料的发展提供了更多的可能性，未来也会有一定程度的发展。