不同改性吸附劑對焦化廢水氨氮及色度吸附效果

　　本課題從成本及操作方面考慮，選用活性炭、木炭兩種吸附劑原料并對其進(jìn)行改性處理，旨在使汾陽某焦化廢水中的NH3-N、色度在特定條件下去除率最優(yōu)。

　　1、試驗(yàn)與分析方法

　　1.1 改性溶液配制

　　用分析天平稱取10g氯化鈉，氯化鋅，氯化鐵，聚合氯化鋁配置質(zhì)量濃度10%的改性溶液。取20g氫氧化鈉分析純于燒杯中，去離子水溶解，冷卻至室溫后，轉(zhuǎn)于1000mL容量中定容，制得0.5mol/L氫氧化鈉。

　　1.2 吸附劑的改性

　　從爐窯廠收集木炭以及在市場稱取活性炭，用自來水浸洗3次，去除表面浮灰，再用去離子水清洗3～4遍，轉(zhuǎn)至烘箱調(diào)溫至378.15K烘干12h，置于調(diào)速至150r/min球磨機(jī)中粉碎數(shù)小時(shí)，用80目篩子過濾，制成粉末。

　　用分析天平稱木炭、活性炭各20g，并用經(jīng)校驗(yàn)的100mL量筒取已配置好的10%NaCl、10%ZnCl2、10%FeCl3、10%PAC、NaOH分別逐一加入標(biāo)有標(biāo)號250mL錐形瓶內(nèi)，用保鮮膜封口水浴振蕩，工作時(shí)間內(nèi)，溫度保持在303.15K，轉(zhuǎn)速每分鐘120轉(zhuǎn)，振蕩、靜置各12h。然后用抽濾裝置進(jìn)行固液分離，注意當(dāng)改性藥品為氫氧化鈉時(shí)，需將濾餅稀釋至中性，用藥匙將濾餅取出放置相應(yīng)器皿中，于干燥箱干燥數(shù)小時(shí)，再于研缽中研磨即可。將改性的木炭置于樣品袋中，放在干燥器中保存。

　　1.3 試驗(yàn)方法

　　(1)用量筒量取70mL焦化廢水于100mL錐形瓶，分別稱取0.56g不同改性藥品改性的木炭、活性炭置于其中，放在水浴恒溫振蕩器中振蕩12h，并且每間隔1h從中取出觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，之后靜置12h，最后用砂芯過濾裝置對經(jīng)吸附處理的焦化廢水過濾，取得濾液即為去除部分氨氮的焦化廢水。

　　(2)分別同一吸附材料改性的木炭，其質(zhì)量分別為0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g，并對錐形瓶中100mL的焦化廢水進(jìn)行處理，以下步驟同(1)。

　　(3)分別稱取0.28g、0.42g、0.56g、0.7g質(zhì)量氯化鋅，氯化改性后的木炭、活性炭吸附劑，用量筒量取70mL水樣在錐形瓶中進(jìn)行吸附，以下步驟同(1)。

　　1.4 分析方法

　　氨氮測定采用納氏試劑光度法。

　　2、試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　某焦化廠生化出水水質(zhì)：COD820mg/L，氨氮220mg/L，色度675，pH8.8。

　　2.1 不同改性吸附劑對焦化廢水中氨氮去除的影響

　　改性藥品分別為NaCl、ZnCl2、FeCl3、PAC、NaOH時(shí)對吸附劑木炭的改性均優(yōu)于對活性炭的改性，較明顯的是經(jīng)氯化鈉，氯化鋅改性的木炭，其對氨氮的去除效率分別為60.03%、59.30%，而經(jīng)氯化鈉，氯化鋅改性后的活性炭對氨氮去除效率僅達(dá)13.01%、8.49%。

　　在原焦化廢水NH3-N濃度為220mg/L左右時(shí)，NaCl負(fù)載木炭后，該吸附劑對NH3-N吸附量為16.64mg/g。NaCl改性的活性炭吸附量為3.61mg/g。其余吸附材料ZnCl2、FeCl3、PAC、NaOH改性木炭后對氨氮的吸附量分別為16.44mg/g、4.07mg/g、4.93mg/g、3.75mg/g、1.97mg/g，而吸附材料ZnCl2、FeCl3、PAC、NaOH改性活性炭后對氨氮的去除量分別為吸附量分別為2.35mg/g、3.77mg/g、4.06mg/g、4.05mg/g。

　　2.2 同種改性藥品下的吸附劑在濃度梯度下對氨氮吸附的影響

　　未改性的木炭以及經(jīng)聚合氯化鋁改性后的木炭對氨氮的處理效率較高，均達(dá)50%以上，且在10g/L時(shí)效果較佳去除氨氮效率分別為62.49%、60.81%，吸收量分別為13.55mg/g、13.48mg/g，而氯化鐵、硫酸鐵分別改性后的木炭對氨氮去除效率一般，最高時(shí)分別僅達(dá)15.98%、13.70%，吸收量分別為5.91mg/g、7.59mg/g。

　　對同一改性藥品而言，其濃度的改變，對氨氮去除效率影響趨勢不大，整體差距不超5%，硫酸鐵例外最高去與最低除率相差13%。

　　2.3 不同時(shí)間下改性吸附劑對氨氮去除效率的影響

　　時(shí)間在一定程度上對對吸附效率有一定的影響。在2～3h之間，吸附效率變化較大，氨氮去除率分別由34.90%、22.83%升至60.49%、61.14%，相應(yīng)吸附量由12.06mg/g、7.89mg/g升至20.91mg/g、21.13mg/g，而3h之后吸附效率基本保持在60%以上。5h時(shí)，氯化鈉與氯化鋅對氨氮的去除效率各自為67.58%、64.27%，吸附量分別為23.36mg/g、22.22mg/g。

　　2.4 不同溫度下較佳吸附劑對氨氮去除效率的影響

　　在60℃時(shí)，氨氮去除率較高，原因主要是吸附為吸熱過程，溫度升高有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，且改性藥品NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，改性的木炭去除氨氮的效果優(yōu)于5%NaCl改性的木炭。

　　2.5 不同改性藥品改性的吸附劑的吸附色度性能

　　在改性藥品各異下對吸附劑活性炭改性，其色度的去除效率優(yōu)于木炭，改性活性炭脫色效率均高達(dá)95%以上，其中經(jīng)ZnCl2、FeCl3改性后脫色率分別為99.20%、99.54%，而未改性活性炭脫色為86.70%。未改性對色度去除效率也較高，達(dá)到98.18%，反而對木炭改性后，其脫色率均降低。因此，脫色時(shí)優(yōu)先選用未改性木炭。

　　2.6 不同藥品改性的吸附劑對焦化廢水中有機(jī)物的吸附性能

　　不同改性藥品改性活性炭對COD去除效果整體優(yōu)于木炭，去除率全部在65%以上，其中氯化鐵、氯化鋅改性活性炭最好，去除率均為73.91%，吸附量為70.83mg/g。

　　未經(jīng)改性活性炭對COD處理較佳，達(dá)72.17%，去除量為553.33g/L，吸附量為69.17mg/g，然而改性后的木炭COD去除率大都在45%左右，但未改性木炭以及經(jīng)聚合氯化鋁改性后的木炭的去除COD效果最佳，COD去除率分別為83.48%、86.09%，吸附量分別為70.83mg/g、82.5mg/g。

　　2.7 未改性木炭在濃度梯度下對焦化廢水的綜合去除對比

　　未改性木炭對焦化廢水中氨氮、COD以及色度的去除的整體效果而言較佳。其中氨氮去除率均達(dá)大于50%，去除量為120mg/L左右。COD去除率達(dá)80%左右去除量600mg/L。色度去除率隨未改性木炭濃度的增加先增大后減小，在8g/L時(shí)最佳，達(dá)86.70%。而均隨著濃度的增加，吸附劑對氨氮、COD的吸附量表現(xiàn)為遞減趨勢，逐漸達(dá)平衡。綜合經(jīng)濟(jì)成本考慮，優(yōu)先選擇對氨氮及COD去除效率較高的，即6g/L。

　　3、結(jié)論

　　(1)木炭改性后對氨氮的處理效果優(yōu)于活性炭改性后的效果。

　　(2)去除氨氮時(shí)，對木炭改性較好的改性藥品為NaCl、ZnCl2、PAC。

　　(3)木炭在同種改性藥品下，吸附劑濃度不同時(shí)，氨氮去除率較高時(shí)所對應(yīng)的吸附劑濃度為10g/L。

　　(4)木炭在吸附時(shí)間不同，其余條件均相同時(shí)，氨氮去除率較高時(shí)對應(yīng)時(shí)間為5h。

　　(5)溫度為60℃，氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，氨氮去除效率最高。

　　(6)改性的木炭脫色效率次于活性炭，未經(jīng)改性的木炭脫色效率高于活性炭。

　　綜上，無論是對氨氮的去除還是脫色效率而言，相同條件下木炭的吸附量均優(yōu)于活性炭，工藝成本遠(yuǎn)低于活性炭。(來源：山西省環(huán)境保護(hù)技術(shù)評估中心)