沸石負(fù)載高錳酸鉀去除低濃度氨氮

　　隨著排入水體的含氨､磷廢水增加，氨氮和藻類､藻毒素污染已成為我國(guó)水源水質(zhì)的主要污染因素[1，2]。氨氮受微生物作用可分解成亞硝酸鹽氮，再進(jìn)一步分解凈化。但水中的亞硝酸鹽氮過(guò)高時(shí)會(huì)與蛋白質(zhì)結(jié)合生產(chǎn)致癌物亞硝胺，威脅人類健康[3]。藻細(xì)胞衰亡或破裂釋放出的微囊藻毒素也對(duì)人體健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[4]。對(duì)地表水中低濃度氨氮及藻毒素的有效去除對(duì)飲水安全具有重要的意義。

　　去除氨氮的方法包括物理化學(xué)法､化學(xué)法､生物法，離子吸附交換法因其不受溫度限制備受關(guān)注[1，5]。沸石是常見的吸附填料，是一類骨架結(jié)構(gòu)的多孔性含水鋁硅酸鹽礦物，具有特殊的離子交換特性[5，6]，可與環(huán)境中的氨根離子發(fā)生交換，對(duì)氨氮具有較好的去除效果。天然沸石對(duì)氨氮的吸附性能良好[7-11]，通過(guò)鹽､適宜高溫､微波等改性可使沸石比表面積和總孔容增大而提高對(duì)高､低濃度氨氮的吸附能力，而通過(guò)酸､堿改性并未增加吸附量，反而有降低的趨勢(shì)[12-17]。但少見強(qiáng)氧化劑高錳酸鉀對(duì)沸石改性的研究。

　　在藻類和藻毒素去除方面，文獻(xiàn)[2]采用高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化技術(shù)除藻取得了良好的效果。文獻(xiàn)[18]研究認(rèn)為，沸石負(fù)載高錳酸鉀對(duì)藻及藻毒素具有較好的去除效能，其除藻機(jī)理及控制藻毒素的機(jī)理一方面由于沸石對(duì)藻毒素的吸附，另一方面高錳酸鉀強(qiáng)氧化性對(duì)藻類游動(dòng)性抑制，并促進(jìn)生物集合物的釋放，高錳酸鉀氧化藻毒素使其喪失毒性。高錳酸鉀負(fù)載于沸石表面可以較緩慢､均勻地釋放，避免濃度過(guò)高引起藻細(xì)胞破裂。

　　以上研究或考慮氨氮的去除，或考慮藻類､藻毒素的去除，而未考慮同時(shí)處理兩者的效能。本文以文獻(xiàn)[18]為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究了沸石負(fù)載高錳酸鉀后對(duì)氨氮的吸附等溫線､吸附動(dòng)力學(xué)及pH對(duì)吸附的影響，考察能否得到可同時(shí)有效降低微污染水中氨氮及藻類､藻毒素的吸附材料。

　　1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

　　1.1 實(shí)驗(yàn)材料

　　實(shí)驗(yàn)所用沸石顆粒為產(chǎn)于遼寧錦州的天然斜發(fā)沸石顆粒，離子交換量為30~50g/kg。粉碎至粒徑0.5~1.5mm，化學(xué)成分以SiO2 為主，占73%，Al2O3占16%。用去離子水洗滌去除雜質(zhì)，烘干備用。

　　實(shí)驗(yàn)用主要化學(xué)試劑:高錳酸鉀､氯化銨､酒石酸鉀鈉､碘化鉀､碘化汞､氫氧化鈉和鹽酸等，分析純。

　　主要儀器:電動(dòng)攪拌器､SHA-B水浴恒溫振蕩器､分光光度計(jì)､分析天平等。

　　1.2 沸石負(fù)載高錳酸鉀試劑制備

　　稱取一定量的的天然沸石顆粒，按1∶30固液比浸泡于一定濃度的高錳酸鉀溶液數(shù)小時(shí)，經(jīng)過(guò)濾､烘干，獲得負(fù)載高錳酸鉀的沸石顆粒(下稱復(fù)合沸石)備用。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)方法

　　本研究目的是針對(duì)水廠氨氮超標(biāo)的提供應(yīng)急備選技術(shù)，且考慮針對(duì)城市污水處理廠出水的回用可能。微污染地表水中的氨氮多不超過(guò)10mg/L，城市污水二級(jí)生物處理后氨氮一般不超過(guò)20mg/L[16]，故模擬水氨氮濃度在2~20mg/L。氨氮的測(cè)定采用納氏試劑光度法。用自來(lái)水配置1000mg/L氨氮儲(chǔ)備液，稀釋為若干濃度梯度使用液。

　　1.3.1 吸附等溫線的檢測(cè)

　　取2組250mL錐形瓶，一組分別加入0.3g天然沸石，另一組分別加入0.3g復(fù)合沸石，加入50mL濃度為2､4､6､8､10､15和20mg/L的模擬含氨氮微污染水，放在水浴恒溫振蕩器中，在25℃條件下中速振蕩24h，以達(dá)到吸附平衡，過(guò)濾后按納氏試劑光度法測(cè)定吸附后溶液的平衡濃度。

　　平衡吸附量計(jì)算式:

　　式中:qe為吸附容量，mg/g;Ce為平衡濃度，mg/L;m為沸石投加量，g。

　　1.3.2 復(fù)合沸石吸附氨氮?jiǎng)恿�學(xué)研究

　　考慮微污染水源水氨氮濃度多在1~10mg/L[16]，因此，動(dòng)力學(xué)研究著重考察了復(fù)合沸石對(duì)濃度為10mg/L的氨氮溶液的動(dòng)力效應(yīng)。配制10mg/L的氨氮使用液，取1000mL使用液于1000mL大燒杯中，加入2g復(fù)合沸石;快速磁力攪拌，實(shí)驗(yàn)開始后5､10､15､20､25､30､40､60､120､180､240､300､360､480和560min各取一試樣，按納氏試劑光度法測(cè)定吸附后氨氮溶液的濃度。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　1.3.3 pH值對(duì)復(fù)合沸石吸附效能的影響

　　分別取初始濃度為10mg/L的氨氮溶液50mL于9個(gè)加有0.3g沸石的250mL錐形瓶中，用NaOH和HCl溶液調(diào)節(jié)pH，反應(yīng)液初始pH分別為2､4､6､6.5､7､7.5､8､10和12，然后置于25℃恒溫水浴振蕩器，中速振蕩40min，測(cè)定氨氮溶液濃度變化。