空心磚對(duì)廢水中污染物吸附能力的研究

`李光浩，李小玉

(大連民族學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院，遼寧大連 116605)

空心磚對(duì)廢水中污染物吸附能力的研究

`李光浩，李小玉

(大連民族學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院，遼寧大連 116605)

研究了樹脂、空心磚粉、粉煤灰、活性炭4種吸附劑對(duì)水體中氨氮、總氮、化學(xué)需氧量、總磷等污染因子的吸附能力。實(shí)驗(yàn)表明，4種吸附劑中空心磚對(duì)氨氮的吸附能力最強(qiáng)，其吸附劑能級(jí)數(shù)(1/n)為0.1475，因此，是一種增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)污染物去除能力的理想填料。為研究工業(yè)固體廢棄物與廢渣作為人工濕地填料提供理論依據(jù)。

吸附劑;吸附能力:空心磚

人工濕地污水處理系統(tǒng)是目前最廉價(jià)的低投資、低能耗、行之有效的處理與利用污水的系統(tǒng)工程。其中，填料的選擇對(duì)于人工濕地污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行效果有著重要的作用［1－3］。填料是人工濕地的基質(zhì)與載體，在人工濕地內(nèi)部填充多孔的、有較大比表面積的填料，不但可以改善人工濕地的性能，同時(shí)也增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)污染物的去除能力［4］。為改造被污染的濕地，填充的填料為微生物提供了更大的物理化學(xué)空間，通過植物、微生物和填料之間的物理和生物作用達(dá)到污水凈化的目的，對(duì)污染物的成功截留和后續(xù)植物創(chuàng)造了良好條件［5］。因此，研究樹脂、空心磚、粉煤灰、活性炭4種吸附劑在不同吸附時(shí)間和不同吸附劑量的條件下對(duì)水體中氨氮、總氮、化學(xué)需氧量、總磷等污染因子的吸附能力以及建立廢渣作為人工濕地填料的吸附模型，具有深刻的理論意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值［6－7］。

1 材料與方法

1.1 材料

采用樹脂、空心磚、粉煤灰、活性炭作為吸附劑。其中:樹脂主要指在分子結(jié)構(gòu)中不含離子性基團(tuán)，內(nèi)部呈交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子柱狀，主要依靠分子間作用力進(jìn)行吸附的高分子樹脂;空心磚是建筑行業(yè)中常用的材料，主要由粉煤灰燒結(jié)而成，具有穩(wěn)定的化學(xué)特性，比表面積和吸附容量大等特點(diǎn);粉煤灰是燃煤中不能完全燃燒的部分經(jīng)收集而成的，具有多孔性及很大的比表面積(3 400 cm2·g－1)，通過吸附、離子交換、絮凝沉淀和過濾作用去除污水中的污染物質(zhì)［8］;活性炭是一種呈黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳，具有比表面積大，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，吸附速度快，吸附容量高等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 儀器

UV－9200紫外可見分光光度計(jì)(北京瑞利分析儀器公司)，電子天平(北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司)，標(biāo)準(zhǔn)篩(80目，孔徑0.2 mm，浙江上虞星星儀器設(shè)備有限公司)，恒溫磁力攪拌器(江蘇金壇富華電器有限公司)。

1.3 方法

在不同吸附時(shí)間(0.5，1，1.5，2，4，6 h)和不同吸附劑量(0.5，1.0，1.5，2.5，5.0，10.0 g)的條件下，水樣在磁力攪拌器的攪拌下分別進(jìn)行吸附，測(cè)定吸附后水樣的各因子指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)流程如圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)氨氮與總氮吸附的影響

2.1.1 吸附時(shí)間對(duì)氨氮與總氮吸附容量的影響(如圖2)

圖2 不同吸附時(shí)間對(duì)氨氮與總氮吸附容量的影響

由圖2可知，4種吸附劑的吸附容量都比較穩(wěn)定，只在4～6 h有較小幅度的波動(dòng)。其中，空心磚的最大吸附容量在0.887 mg·g－1左右，樹脂、粉煤灰、活性炭的最大吸附容量依次在0.375，0.475，0.589 mg·g－1左右。由此可知，空心磚的吸附能力遠(yuǎn)高于其他3種吸附劑。

圖3 吸附劑量對(duì)氨氮與總氮吸附容量的影響

2.1.2 吸附劑量對(duì)氨氮與總氮吸附容量的影響(如圖3)由圖3可知，4種吸附劑幾乎都隨著吸附劑量的加大，對(duì)氨氮與總氮的吸附容量也隨之變大，其變化規(guī)律十分相似。其中空心磚的吸附容量明顯高于其他吸附劑，其次為活性炭，樹脂略低于粉煤灰。粉煤灰在10 g時(shí)有吸附容量下降的趨勢(shì)，表示其吸附已達(dá)到飽和。

2.2 對(duì)總磷吸附的影響

圖4 不同吸附時(shí)間對(duì)總磷吸附容量的影響

2.2.1 不同吸附時(shí)間對(duì)總磷吸附容量的影響(如圖4)由圖4可知，各種吸附劑對(duì)磷的吸附容量都很穩(wěn)定，其中空心磚粉的吸附容量最大，其次為粉煤灰，活性炭略高于樹脂。吸附容量隨時(shí)間的變化不大，說明4種吸附劑在0.5 h時(shí)基本達(dá)到吸附飽和。

圖5 不同吸附劑量對(duì)總磷吸附容量的影響

2.2.2 不同吸附劑量對(duì)總磷吸附容量的影響(如圖5)由圖5可知，4種吸附劑的吸附容量都是隨著吸附劑量的增加而增大。空心磚粉的吸附容量明顯大于其他吸附劑，而其他幾種吸附劑的吸附容量差別不大。

2.3 對(duì)COD吸附的影響

2.3.1 不同吸附時(shí)間對(duì) COD吸附容量的影響(如圖6)由圖6可知，樹脂與活性炭的變化趨勢(shì)相同，

圖6 不同吸附時(shí)間對(duì)COD吸附容量的影響

吸附容量都是先減少再增大，空心磚粉與粉煤灰的變化趨勢(shì)基本相同。樹脂與空心磚粉都在

0.5 h達(dá)到吸附容量的最大值。2 h后，4種吸附劑的吸附容量都隨時(shí)間的延長而減少。

2.3.2 不同吸附劑量對(duì) COD吸附容量的影響(如圖7)

圖7 不同吸附劑量對(duì)COD吸附容量的影響

由圖7可知，4種吸附劑不同劑量的吸附容量存在差異。樹脂在0.5 g時(shí)吸附容量達(dá)到最高值，為 0.971 mg·g－1，空心磚粉和粉煤灰都在 2.5 g時(shí)達(dá)到最大值，分別為 0.857，0.886 mg·g－1?；钚蕴吭诩尤肓窟_(dá)到5 g以后仍有上升的趨勢(shì)。

2.4 Freundlich公式與吸附劑能級(jí)

4種吸附劑對(duì)氨氮、總氮、COD、總磷的吸附均符合Freundlich規(guī)律，可由Freundich公式計(jì)算其吸附能級(jí)。其由Freundlich公式建立的吸附模型為

式中，x/m為吸附容量(mg·g－1)，c為平衡濃度(mg·L－1)，K和n為常數(shù)參數(shù)。各因子的Freundlich吸附模型參數(shù)見表1。

表1 各因子的Freundlich吸附模型參數(shù)表

常數(shù)參數(shù)1/n在一定程度上反映了吸附劑的能級(jí)。一般1/n在0.1～0.5時(shí)吸附易于進(jìn)行，大于2時(shí)難于吸附。實(shí)驗(yàn)中對(duì)于含氮化合物的吸附，只有空心磚1/n＜0.5，說明空心磚對(duì)含氮化合物的吸附能力最強(qiáng)，這與圖中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也吻合;對(duì)于COD的吸附，只有活性炭的1/n＜0.5，說明活性炭對(duì)COD的吸附能力最強(qiáng);對(duì)于總磷的吸附，各吸附劑的1/n均大于0.5且小于2，說明各吸附劑雖有吸附，但吸附效果均不理想。相對(duì)而言，4種吸附劑中空心磚對(duì)于總磷的吸附能力較好。

3 結(jié)論

對(duì)于水樣中氨氮和總氮的吸附:各種吸附劑的吸附效果為空心磚＞活性炭＞粉煤灰＞樹脂，且空心磚的吸附效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于其他吸附劑。4種吸附劑的變化趨勢(shì)基本相同，吸附容量隨時(shí)間的變化不大，但隨吸附劑量的增大而增加。

對(duì)于水樣中COD的吸附:活性炭的吸附容量要略高于其他吸附劑，并且隨著加大用量，吸附容量還有升高的趨勢(shì)。4種吸附劑在吸附初始的1 h內(nèi)就能達(dá)到吸附高峰，隨后吸附容量逐漸減小，呈下降趨勢(shì)。

對(duì)于水樣中總磷的吸附:4種吸附劑的吸附容量的變化趨勢(shì)基本相同，都隨吸附劑量的增加而增大，隨吸附時(shí)間的變化不明顯。各吸附劑雖然吸附效果均不理想，但空心磚粉的吸附容量還是明顯高于其他3種吸附劑。

綜上所述，采用建筑固體廢棄物的空心磚作為人工濕地的基質(zhì)與載體填料，是人工濕地污水處理系統(tǒng)目前最廉價(jià)的填料，不僅具有較大比表面積，可以改善人工濕地的性能，同時(shí)也增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)污染物的去除能力。

［1］劉波，陳玉成.4種人工濕地填料對(duì)磷的吸附特性分析［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2010(1):55－58.

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［8］王福元，吳正嚴(yán).粉煤灰利用手冊(cè)［M］.北京:中國電力出版社，2004.

Pesearch of Adsorption Capacity of Hollow brick for Pollutions in Wastewater

LI Guang－h(huán)ao，LI Xiao－yu
(College of Environment and Resource，Dalian Nationalities University，Dalian Liaoning 116605，China)

In this paper we mainly study the adsorption capacity of resin，powder of hollow bricks，fly ash，activated carbon，for the pollution factors of ammonia nitrogen，total nitrogen，chemical oxygen demand，total phosphorus in the water.Experiments show that Among four kinds of adsorbent ammonia adsorption capacity of hollow brick is the strongest and its adsorbent series of 1/n is 0.1475，which is not only an ideal environmentally friendly adsorbent，but also enhances pollutant removal capacity of the ideal filler.The results provide the important theory evidence for study solid wasts and muck to artificial ground.

adsorbent;adsorption ability;hollow brick

X703

A

1009－315X(2012)05－0433－04

2012－03－26;最后

2012－06－11

李光浩(1953－)，男，遼寧鐵嶺人，教授，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)與分析化學(xué)研究。

(責(zé)任編輯 鄒永紅)