百草枯廢水處理工藝研究

趙廣福，趙維德，吳 超，徐善坤

（安徽國(guó)星生物化學(xué)有限公司，安徽省雜環(huán)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山243100）

百草枯廢水為高氨氮廢水，由于氨氮是生態(tài)氮循環(huán)的重要部分，因而高氨氮廢水一旦進(jìn)入水體，可導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，消耗水體中大量氧，導(dǎo)致水體的生態(tài)失衡，造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失[1]；氨氮在水體中微生物作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮和亞硝態(tài)氮，而硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮對(duì)人體有較大的傷害[2]。

目前百草枯廢水的處理方法主要包括吹脫法、化學(xué)沉淀法、折點(diǎn)加氯法和液膜分離法[3]，其中吹脫法需要能耗大，而且容易導(dǎo)致大氣二次污染[4]；液膜分離法成本較高，不適合企業(yè)大規(guī)模處理[5]；化學(xué)沉淀法和折點(diǎn)加氯法都存在工藝不穩(wěn)定，難控制的缺點(diǎn)[6]。

陽離子交換樹脂處理百草枯廢水的報(bào)道極少，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，陽離子交換樹脂不僅對(duì)百草枯廢水中氨氮去除效果較好[7]，還可以回收NH4Cl，樹脂還可以再生，具有較好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。本文研究了D113 陽離子交換樹脂對(duì)百草枯廢水中氨氮的吸附作用，通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)分析溫度、pH、接觸時(shí)間和樹脂用量對(duì)氨氮去除率的影響，并對(duì)樹脂的脫附再生效果進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

HCl、NaOH、酒石酸鉀鈉溶液、酚酞指示劑、甲基橙指示劑、納氏試劑、無水乙醇等，百草枯廢水，陽離子交換樹脂。

UV-2100 型紫外可見分光光度計(jì)；QYC2102 型恒溫振蕩箱等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樹脂預(yù)處理

新購(gòu)的樹脂表面會(huì)附有少量的低聚合物和少量的金屬陽離子[8]，因此，在初次使用前，需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。將D113 陽離子交換樹脂采用無水乙醇浸泡2 h，用2 mol/L NaOH 溶液浸泡4 h，用蒸餾水洗至中性，再用2 mol/L HCl 溶液浸泡4 h，后用蒸餾水洗至中性備用。

1.2.2 靜態(tài)吸附

將D113 陽離子交換樹脂加入到百草枯廢水中，在恒溫磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，考查溫度、pH、接觸時(shí)間、離子交換樹脂投加量等因素對(duì)吸附效果的影響，采用分光光度計(jì)測(cè)定氨氮濃度。

1.2.3 樹脂解吸和再生

將吸附氨氮后離子交換樹脂加入到2 mol/L 的HCl，振蕩2 h，再用清水洗至中性備用[9]。氨氮去除率η按下式計(jì)算：

式中：C0為氨氮的初始濃度，mg/L；C 為反應(yīng)后的氨氮濃度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度對(duì)吸附效果的影響

向100 mL 百草枯廢水中加入D113 陽離子交換樹脂10 g，調(diào)節(jié)pH 值為7，分別在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃下攪拌30 min，取吸附后的上清液測(cè)定氨氮濃度，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 反應(yīng)溫度對(duì)吸附效果的影響

由圖1 可以看出，溫度從25℃～30℃，樹脂對(duì)氨氮的去除率上升，隨著溫度繼續(xù)升高，樹脂對(duì)氨氮的去除率下降，所以，30℃的氨氮去除效果最好。

2.2 pH 對(duì)吸附效果的影響

向100 mL 百草枯廢水中加入D113 陽離子交換樹脂10 g，30℃下分別調(diào)節(jié)溶液pH 值為5、6、7、8、9，攪拌30 min 后，取吸附后的上清液測(cè)氨氮濃度，結(jié)果如圖2所示。

圖2 pH 對(duì)吸附效果的影響

由圖2 可以看出，pH 從5～7，樹脂對(duì)氨氮的去除率慢慢變大，當(dāng)pH 繼續(xù)升高，樹脂對(duì)氨氮的去除率有所降低，當(dāng)pH 大于8 時(shí)，樹脂對(duì)氨氮的去除率急劇降低。因?yàn)閜H 偏高時(shí)，可用于吸附氨氮的樹脂量會(huì)減少，影響離子交換吸附的過程。所以，pH 為7 的氨氮去除效果最好。

2.3 接觸時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

向100 mL 百草枯廢水中加入D113 陽離子交換樹脂10 g，在溫度為30℃下，調(diào)節(jié)溶液pH 值為7，分別攪拌5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min、40 min、50 min、60 min 后，取吸附后的上清液測(cè)氨氮濃度，結(jié)果如圖3 所示。

由圖3 可以看出，在5～30min 之間，隨著接觸時(shí)間的增加，樹脂對(duì)氨氮的去除率慢慢變大，當(dāng)接觸時(shí)間大于30 min 時(shí)，樹脂對(duì)氨氮的去除率基本不變。所以，最佳去除時(shí)間為30 min。

2.4 樹脂用量對(duì)吸附效果的影響

圖3 吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

分別向100 mL 百草枯廢水中加入D113 陽離子交換樹脂1 g、5 g、10 g、15 g、20 g，在溫度30℃下，調(diào)節(jié)溶液pH 為7，分別攪拌30 min 后，取吸附后的上清液測(cè)氨氮濃度，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 樹脂用量對(duì)吸附效果的影響

由圖4 可以看出，樹脂用量在10～100 g/L 時(shí)，隨著樹脂用量的增加，樹脂對(duì)氨氮的去除率也慢慢提高，當(dāng)樹脂用量大于100 g/L 時(shí)，樹脂對(duì)氨氮的去除率基本不變。所以，最佳樹脂用量為100 g/L。

2.5 樹脂解吸再生試驗(yàn)

分別向100 mL 百草枯廢水中加入新D113 陽離子交換樹脂、一次再生D113 陽離子交換樹脂、二次再生D113 陽離子交換樹脂、三次再生D113 陽離子交換樹脂10 g，在溫度為30℃下，調(diào)節(jié)溶液pH 值為7，分別攪拌30 min 后，取吸附后的上清液測(cè)氨氮濃度，結(jié)果如圖5所示。

圖5 再生樹脂對(duì)吸附效果的影響

由圖5 可以看出，隨著樹脂再生和循環(huán)使用次數(shù)的增加，樹脂對(duì)氨氮的去除率輕微降低，但是三次再生后樹脂對(duì)氨氮去除率變化較小。所以，樹脂可以再生與重復(fù)利用。

3 結(jié)論

（1）D113 陽離子交換樹脂對(duì)百草枯廢水中氨氮最佳的吸附條件為：溫度為30℃、pH 為7、樹脂用量100 g/L、接觸時(shí)間30 min，此時(shí)百草枯廢水中氨氮去除率可達(dá)到90%。

（2）D113 陽離子交換樹脂去除百草枯廢水的氨氮可以重復(fù)使用。