改性膨润土对城市污水中氨氮的去除

来源 :黑龙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HoshinoYuki
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生活污水厂的水源主要包含人类活动和工业活动产生的废水。废水中的污染物包括氨氮、SS(总悬浮物)、BOD、有机物、病菌等。随着社会的发展,对环境保护意识和要求的提高,水中氨氮的去除被认为是重点和难点。国家规定城镇污水厂对氨氮的排放标准为15mg/L(GB18918-2002),它不仅仅造成水体富营养化,会进一步危害水生生态系统。本研究中利用膨润土作为主原料开发一种高效去除城市污水中氨氮的吸附剂,在生物处理前添加以降低后续生物处理负荷,与后续生物处理协同完成对氨氮的去除。首先,膨润土进行铝交联改性,然后使用高浓度的单宁酸对其二次改性。其次,通过单因素试验分析不同影响因素对氨氮去除的影响。最后,使用制备的吸附剂去除污水中以及低温水环境中的氨氮,并进行分析。(1)样品通过SEM、FTIR、ZETA电位、BET比表面积四种技术表征分析。SEM图像显示,单宁改性铝交联膨润土(Al-Tan-Bent)在不同改性pH的区别。FTIR显示在1500cm-1处的特征峰说明单宁成功负载到铝交联膨润土上。N2吸附/脱附等温线是(IV)型,为介孔材料特征,比表面积增大约2.5倍并伴随微孔的产生。Zeta电位测量在不同pH下Al-Tan-Bent的表面电荷。发现,Al-Tan-Bent的等电点约为5,当水体pH大于5时,样品表面带负电。当水体pH值为7时,Zeta电位值达到-33.8mV,吸附剂表面携带大量负电荷。(2)考察了投加量、pH、接触时间、水体温度、初始氨氮浓度、共存离子对城市污水中氨氮去除的影响,确定了最佳参数。在投加量为33.33g/L,水体pH值为8,吸附时间2小时,水体温度为10℃的条件下对氨氮的去除率最佳,达到75%左右。在任何浓度下,水中Ca2+离子的影响比Na+离子的影响大。(3)对单宁改性铝交联膨润土的改性条件进行优选。改性浓度为2g/L,改性pH为77.5,改性时间1小时,在20℃条件下制备的吸附剂对污水中氨氮的去除效果最佳。(4)使用准一级动力学和准二级动力学对实验结果进行拟合。拟合结果表明准二级动力学更符合对氨氮的去除,R2=0.9997,K2的值为0.1938。实验使用Langmuir吸附等温线和Freundlich吸附等温线对实验结果进行拟合。发现,Langmuir吸附等温线的拟合程度高于Freundlich吸附等温线。对氨氮的吸附为单分子层吸附。Freundlich吸附等温线在283K、298K、308K下n的值表明,低温有利于对氨氮的去除。吸附热力学表明整个吸附反应过程为自发放热的,反应机理为物理吸附。(5)利用Al-Tan-Bent做为吸附剂对实际城市污水在低温水环境下(2℃7℃)氨氮的去除性能研究。当投加量为3g/30mL,吸附时间1小时,水体pH为8,氨氮浓度为170mg/L的条件下去除率最佳,达到90%。当水中存在Ca2+和Na+离子,也会大幅影响对氨氮的去除性能,不适宜在高盐分的污水中使用。
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