4A分子篩處理氨氮廢水效果如何？近年來,我國水體嚴(yán)重污染事件頻發(fā),影響社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，4A分子篩作為一種廢水處理產(chǎn)品，在水體污染中起到的作用有哪些？水質(zhì)安全問題越來越引起人們的重視，減少水體環(huán)境的污染已成為當(dāng)今世界的焦點(diǎn)，水體污染物包括有機(jī)物、重金屬和氨氮等無機(jī)物。無機(jī)氨氮化合物是造成水體富營養(yǎng)化的主要污染物之一,水體中過量的含氮化合物會(huì)使藻類等浮游生物大量繁殖,水中的溶解氧銳減,魚類大量死亡,水質(zhì)變壞,以至出現(xiàn)赤潮。

　　分子篩廠家采用水熱法合成了4A分子篩，并討論了合成過程中的影響因素。用粉末X射線衍射(XRD)對產(chǎn)物進(jìn)行了表征。以水溶液中氨氮為目標(biāo),用4A分子篩對其進(jìn)行吸附處理;通過一系列對比實(shí)驗(yàn),評價(jià)所合成的4A分子篩及其工業(yè)品對高濃度模擬氨氮廢水中氨氮的吸附性能。結(jié)果表明,所合成的4A分子篩對水中氨氮的吸附效果遠(yuǎn)好于工業(yè)品4A分子篩;并且吸附效果與4A分子篩投加量有關(guān);在氨氮量為100ml*1000mg時(shí),沸石的投加量是3g,去除率可達(dá)到76.50%.此外,吸附劑對氨氮的對數(shù)吸附等溫線符合Langmuir方程,表明吸附為化學(xué)單分子層吸附,等溫線的斜率為0.4766,在0.1-0.5之間,從理論上表明4A分子篩可作為吸附劑用于高濃度氨氮廢水的處理.

　　目前,實(shí)際應(yīng)用于氨氮廢水處理的主要方法有:

　?。?）吸附法、（2）生物硝化法（3）吹脫法（4）化學(xué)沉淀法

　　生物硝化法將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽,一般需要該法耗時(shí)占地,當(dāng)氨氮濃度超過50mg時(shí),自然硝化作用受抑制,水系自凈化能力降低;若氨氮濃度超過300mg,生化處理工藝的利用受到限制.另外,由于溫度變化,尤其是在北方,冬季的氣溫很低,生物法基本不適用.吹脫法適用于高濃度氨氮廢水處理,消耗能源,尤其處理中低濃度氨氮廢水時(shí),能耗更大,相應(yīng)的運(yùn)行成本也大,不利于節(jié)能減排總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn).化學(xué)沉淀法處理費(fèi)用高,日常維護(hù)困難,限制了其廣泛應(yīng)用.與生化處理相比,物化處理脫氨氮技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)氨氮廢水的深度處理,并且操作彈性大、效率高、投資省、占地小。

　　4A分子篩具有穩(wěn)定的四面體結(jié)構(gòu),其晶體結(jié)構(gòu)中有規(guī)整而均勻的孔道,有大的比表面積和很大的吸附容量,被認(rèn)為是應(yīng)用前景的去除氨氮吸附劑。探討分子篩對水中低濃度氨氮吸附已有不少文獻(xiàn)工作報(bào)道.然而到目前為止關(guān)于分子篩吸附高濃度氨氮的報(bào)道并不多.本文以4A分子篩為吸附劑,通過模擬條件,研究4A分子篩吸附高濃度氨氮的效果,得出4A分子篩吸附水中氨氮的條件,并探討其吸附機(jī)理,為分子篩去除廢水中高濃度的氨氮提供理論依據(jù).

　　1實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1水熱法合成4A分子篩

　　將氫氧化鋁按一定配比溶解在氫氧化鈉溶液中,得到濃度為0.76ml的鋁酸鈉溶液.再按SiO2/Al2O3=2的配比加入二氧化硅(純度為96.4%),調(diào)節(jié)其堿度,攪拌約30min至溶液為透明狀.裝入反應(yīng)釜中置于90℃烘箱中反應(yīng)2h,取出、過濾、洗滌、干燥,得到樣品.保留母液以備回收利用.

　　1.2 4A分子篩吸附高濃度氨氮

　　模擬氨氮廢水的配制取氯化銨3.819g溶于1L水中,得到氨氮廢水濃度為1000ml，分子篩吸附前后氨氮的濃度用甲醛法測定。

　　氨氮廢水的吸附試驗(yàn)，準(zhǔn)確稱取1.0g4A分子篩和100ml模擬廢水若干份,分別放入一系列250ml的錐形瓶中,密封、攪拌,速率為300r/min,靜置,取上層清液,用甲醛法測氨氮的殘留濃度以及初始濃度CO,按下式計(jì)算沸石分子篩對氨氮的吸附量和氨氮去除率:式中為吸附量;C0為氨氮的初始濃度;C（mg.l）為吸附平衡后試液中殘留的氨氮濃度;V(l)為廢水體積;W(g)為4A分子篩投加量

　　1.3吸附動(dòng)力學(xué)研究

　　準(zhǔn)確稱取若干份4A分子篩,每份1.0g,分別置于250ml錐形瓶中,加入一定濃度的氨氮溶液100ml,在35℃下置于300r·min-1的恒溫?cái)嚢杵髦袛嚢?每隔一定時(shí)間后,靜置,取上層清液,測其氨氮的濃度,計(jì)算樣品對氨氮的吸附量,繪制吸附曲線.

　　2結(jié)果與討論

　　2.1影響4A分子篩純度及產(chǎn)率的合成因素

　　在合成4A分子篩的實(shí)驗(yàn)中,反應(yīng)混合物的配比是影響4A分子篩產(chǎn)品純度的主要因素,配比不同得到的產(chǎn)物不同.只有反應(yīng)物的配比符合合成4A分子篩的嚴(yán)格要求,才能獲得高質(zhì)量的4A分子篩.圖1是分子篩的XRD譜圖.從圖1可以看出,當(dāng)硅鋁比過高時(shí),合成產(chǎn)物中會(huì)有P型雜晶的出現(xiàn)(圖1b),產(chǎn)品質(zhì)量不純.當(dāng)硅鋁比較低時(shí),雖然產(chǎn)品中沒有雜晶出現(xiàn),但產(chǎn)率較低,影響產(chǎn)量.通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)原料配比為3Na2O∶Al2O3∶2SiO2∶150H2O時(shí),合成的4A分子篩產(chǎn)率和純度高(圖1a),其衍射峰的位置和標(biāo)準(zhǔn)4A分子篩(PDF39-0222)基本相同.而且沒有雜質(zhì)峰的出現(xiàn),說明合成的分子篩純度比較高.與工業(yè)用4A分子篩(圖1c)相比,本實(shí)驗(yàn)合成的高純分子篩的衍射峰較尖銳,結(jié)晶度好.

　　另外,溶液的pH值對4A分子篩的產(chǎn)率也有很大影響.pH值過高時(shí)會(huì)有P型分子篩出現(xiàn);堿度偏低時(shí),產(chǎn)物中出現(xiàn)方鈉石雜晶[13].通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水鈉比在50時(shí),4A分子篩的產(chǎn)率高

　　2.2實(shí)驗(yàn)室制備的高純4A分子篩、普通4A分子篩與工業(yè)用4A分子篩吸附性能比較

　　實(shí)驗(yàn)室制備的高純4A分子篩(原料配比為3Na2O∶Al2O3∶2SiO2∶150H2O)、普通4A分子篩與工業(yè)用4A分子篩吸附性能比較的實(shí)驗(yàn)條件保持一致.具體如下:向100ml濃度為1000mg·l-1的氨氮水溶液中分別加入1g高純4A分子篩、普通4A分子篩與工業(yè)用4A分子篩,攪拌2h,速率為300r·min-1,靜置,取上層清液,測其氨氮含量.分子篩對氨氮吸附量由初始濃度C0和平衡濃度C之差所得.結(jié)果如表1

　　所示.表1可見,實(shí)驗(yàn)室合成的高純4A分子篩對氨氮的去除率為50.4%.吸附量為50.4mg·g-1,普通4A子篩對氨氮的去除率為36.0%.吸附量為36.0mg·g-1,工業(yè)用4A分子篩對氨氮的去除率為26%,吸附量為26mg，與工業(yè)用分子篩相比,合成的4A分子篩吸附性能明顯增強(qiáng).且高純4A分子篩的吸附效果極佳.

　　2.3分子篩加入量對氨氮去除率的影響室溫下,向100ml濃度為1000mg的氨氮水溶液中加入不同量的分子篩,攪拌2h,靜置30min,取上層清液進(jìn)行測定,吸附結(jié)果如圖2所示.結(jié)果表明,分子篩投加量越大,氨氮去除率越高.但是當(dāng)分子篩的投加量大于3.0g時(shí),氨氮去除率趨于平緩.綜合去除率和沸石加入量,我們得出在氨氮量為100ml時(shí),沸石的投加量是3g.此時(shí)的去除率為76.50%.與以往氨氮廢水吸附的文獻(xiàn)報(bào)道相比,本文中使用4A分子篩吸附氨氮的去除率高、成本低、經(jīng)濟(jì)效益好

　　2.4吸附等溫線在室溫,攪拌,投加量均為10g和pH為7-8的條件下,用合成的4A分子篩對氨氮濃度在100之間變化的模擬廢水進(jìn)行吸附處理,測得各試驗(yàn)點(diǎn)在達(dá)到吸附平衡時(shí),溶液中氨氮的初始濃度C0及平衡濃度C與氨氮的吸附量Q的關(guān)系,結(jié)果如圖3所示

　　3結(jié)論

　　(1)根據(jù)XRD譜圖可得,合成4A分子篩的條件為3Na2O∶Al2O3∶2SiO2∶150H2O,此時(shí)合成的4A分子篩產(chǎn)率和純度高.通過合成的普通4A分子篩,高純4A分子篩和工業(yè)用4A分子篩吸附性能的比較,合成的高純4A分子篩吸附效果好

　　(2)通過氨氮吸附實(shí)驗(yàn),得出一定濃度的氨氮廢水中4A分子篩投加量越大,氨氮去除率越高,但是當(dāng)分子篩的投加量大于一定量后,氨氮去除率趨于平緩.在氨氮量為100m時(shí),沸石的投加量是3g,此時(shí)的去除率為76.5%

　　(3)4A分子篩是良好的氨氮吸附劑,每克吸附量可達(dá)到51.4mg,吸附機(jī)理符合單分子層。

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