3種吸附劑對(duì)東莞運(yùn)河吸附效果比較研究

方偉成，劉佔(zhàn)好，黃邦維

（東莞理工學(xué)院 城市學(xué)院，廣東 東莞 523106）

東莞運(yùn)河曾是哺育兩岸人民的母親河，但是，近20a來(lái)，運(yùn)河流域工業(yè)和城鎮(zhèn)快速發(fā)展，工業(yè)廢水和生活廢水對(duì)運(yùn)河水體造成較大污染。據(jù)2004年全年監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，運(yùn)河水質(zhì)為劣V類，其中：氨氮超標(biāo)10.57倍，總磷超標(biāo)3.69倍，BOD超標(biāo)2.01倍，COD超標(biāo)0.76倍［1］。近年來(lái)，采取了一系列的工程措施綜合整治運(yùn)河，通過(guò)“截污、清淤、活源、治堤”的整治思路，取得一定成果。目前東莞運(yùn)河水質(zhì)逐步好轉(zhuǎn)，其綜合污染指數(shù)從2007年的16.57下降為2009年上半年的13.07［1］。但是，東莞運(yùn)河水質(zhì)污染仍然嚴(yán)重，總氮、總磷濃度依然超標(biāo)，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度較重。如何整治東莞運(yùn)河，改善水質(zhì)依然是東莞污水治理的熱點(diǎn)問(wèn)題。

基于吸附法具有工藝簡(jiǎn)單且運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)，分別采用人造沸石、活性炭、高嶺土3種不同吸附劑對(duì)東莞運(yùn)河吸附效果進(jìn)行比較研究，尋求去除效果最佳的吸附條件，從而減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，為東莞運(yùn)河整治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

人造沸石：為近白色無(wú)定形碎顆粒。

活性炭：植物硬殼精煉而成，黑色無(wú)定形粒狀物。

高嶺土：白色粉末狀或碎狀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

2011年7月26日，選取東莞運(yùn)河樟村河段斷面采集水樣，在水溫25℃條件下，分別加入人造沸石、活性炭、高嶺土3種不同的吸附劑，放置于恒溫振蕩器中（200r/min）進(jìn)行吸附，過(guò)濾后，用堿性過(guò)硫酸鉀水解紫外分光光度法測(cè)定水樣中的總氮；鉬酸銨分光光度法測(cè)定其總磷；WGZ-200濁度儀和PHS-3B型精密pH計(jì)分別測(cè)定其濁度和pH值，從而確定3種吸附劑的最佳吸附時(shí)間和最佳投加量。

2 結(jié)果與分析

2.1 最佳吸附時(shí)間的確定

分別量取200mL運(yùn)河水樣于7個(gè)錐形瓶中，向每個(gè)瓶中投加2g吸附劑（人造沸石、活性炭、高嶺土），放在25℃下的恒溫振蕩器中，分別振蕩0，15，30，45，60，75，90min，過(guò)濾后取其上清液，分別測(cè)定其pH值、TN和TP，從而確定其最佳吸附時(shí)間。根據(jù)表1，可以看出反應(yīng)時(shí)間對(duì)3種吸附劑的吸附能力有很大的影響。隨著人造沸石和活性炭吸附時(shí)間的增加，pH值由8分別上升到8.37和8.14，而高嶺土的pH值呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)（pH=8.12左右）。當(dāng)人造沸石吸附時(shí)間為45min時(shí)，其TN吸附達(dá)到平衡，TN吸附量由0上升到4.61mg/L，其TP吸附量隨著反應(yīng)時(shí)間增加反而減少，表明人造沸石對(duì)TP完全沒有吸附能力，反而釋放含P的離子導(dǎo)致TP濃度上升。當(dāng)活性炭吸附時(shí)間為45min時(shí)，其TN吸附達(dá)到平衡，TN吸附量由0mg/L上升到5.76mg/L，而TP吸附則需要60min才能達(dá)到平衡。當(dāng)高嶺土吸附時(shí)間為60min時(shí)，其TN和TP吸附均達(dá)到平衡，TN吸附量由0mg/L上升到3.59mg/L，TP吸附量由0mg/L上升到0.68mg/L。

表1 運(yùn)河水質(zhì)隨反應(yīng)時(shí)間的變化情況 單位：mg/L

2.2 投加量不同時(shí)3種吸附劑吸附效果比較

2.2.1 不同投加量時(shí)除氮效果

分別量取200mL運(yùn)河水樣于8個(gè)錐形瓶中，依次向瓶中分別投加0，1，1.5，2，2.5，3，3.5，4g吸附劑 （人造沸石、活性炭、高嶺土），放置于25℃下的恒溫振蕩器中進(jìn)行振蕩（人造沸石、活性炭與高嶺土的振蕩時(shí)間分別為45，45，60min），過(guò)濾后取其上清液，分別測(cè)量并計(jì)算TN去除率。由圖1所得，隨著吸附劑投加量的增加，總氮去除率呈現(xiàn)不規(guī)則變化，說(shuō)明活性炭除氮效果最好，當(dāng)投加量為2.5g時(shí)，河水中的總氮含量為4.40mg/L，去除率達(dá)最大值61.9%。其次是人造沸石，當(dāng)其投加量為2g時(shí)，河水中的總氮含量為5.81mg/L，去除率達(dá)49.7%。而高嶺土除氮效果一般，在其投加量為1.5g時(shí)，河水中的總氮含量為7.21mg/L，去除率為37.63%。

圖1 不同投加量除氮效果

2.2.2 不同投加量時(shí)除磷效果

同樣分別量取200mL運(yùn)河水樣于8個(gè)錐形瓶中，依次向瓶中分別投加0，1，1.5，2，2.5，3，3.5，4g吸附劑（活性炭、高嶺土），放置于25℃下的恒溫振蕩器中進(jìn)行振蕩 （活性炭與高嶺土的振蕩時(shí)間均為60min），過(guò)濾后取其上清液，分別測(cè)量并計(jì)算TP去除率。

由圖2所得，高嶺土對(duì)河水中磷的去除率隨著投加量的增加總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)投加量為3.5g時(shí)河水中磷的含量為0.21mg/L，除磷率為最大值79.21%。當(dāng)增大投加量時(shí)，活性炭的除磷率并沒有明顯改善，當(dāng)投加量為2.5g時(shí)河水中磷的含量為0.43mg/L，除磷率最大值為57.43%，可以看出，高嶺土對(duì)河水中總磷的去除效果最好。

圖2 不同投加量除磷效果

2.2.3 不同投加量時(shí)pH值變化情況

由表2可知，當(dāng)增大吸附劑的投加量時(shí)，活性炭和高嶺土對(duì)pH值的影響不大，呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，pH值為8.15左右，符合GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。而人造沸石與河水接觸反應(yīng)后，pH值隨投加量的增加而增大。這是因?yàn)樵摲惺抢脷溲趸c等堿性溶液處理粉煤灰而生成的。

表2 pH值隨吸附劑投加量的變化情況

3 結(jié)語(yǔ)

（1）在水溫25℃情況下，人造沸石、活性炭和高嶺土作為吸附劑處理東莞運(yùn)河河水，其吸附效果受吸附時(shí)間的影響較大。除氮的最佳吸附時(shí)間人造沸石45min，活性炭45min，高嶺土60min。除磷的最佳吸附時(shí)間活性炭60min，高嶺土60min。

（2）活性炭對(duì)水中TN的去除效果最佳。當(dāng)投入活性炭2.5g，反應(yīng)時(shí)間45min時(shí)，TN的去除率61.9%。其次是人造沸石，去除率49.7%，高嶺土除氮率最差，只有37.63%。

（3）高嶺土對(duì)水中TP的去除效果最佳。當(dāng)投入高嶺土3.5g，反應(yīng)時(shí)間控制60min時(shí)，去除率79.21%。其次，活性炭TP去除率57.43%，而人造沸石對(duì)水中TP完全沒有去除效果，反而會(huì)向水中釋放P離子。

（4）投入活性炭、高嶺土對(duì)水中pH的影響不大，投藥后處理水的pH值幾乎穩(wěn)定于8.15左右，符合GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。而投加人造沸石后，pH值隨投加量的增加而增大。

［1］潘彧.運(yùn)河水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)昨發(fā)布.水質(zhì)連續(xù)三年好轉(zhuǎn)［N］.廣州日?qǐng)?bào)，2009-11-13：A2版.

［2］國(guó)家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第三版）［M］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1989.

［3］奚旦立，孫裕生，等.環(huán)境監(jiān)測(cè)（第四版）［M］.北京:高等教育出版社，2010.

［4］GB3838—2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］崔理華，樓倩，周顯宏，等.兩種復(fù)合人工濕地系統(tǒng)對(duì)東莞運(yùn)河污水的凈化效果［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，18（5）.