改性沸石同步去除水體中氮和磷的效果和機(jī)理研究

（北京市第四十四中學(xué)，北京 100045）

0.引言

沸石作為一種來源廣泛、價格低廉的無機(jī)非金屬礦物，因其獨(dú)特的吸附性能、離子交換性能和易再生的特性[1]，在去除污水中的氮有著很好的應(yīng)用前景。國內(nèi)外的研究者對沸石用于去除水體中重金屬離子、有機(jī)物和氨氮的研究較多，用于除磷的研究較少，特別是同步去除景觀水體和河道中的氮和磷的研究報道很少。[2]

我們通過對沸石進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男怨に囂幚?，從它的粒度、表面積、改性等方式下多加對比，探索出最佳條件。使其具有同步脫氮除磷的功效。[3]

（1）東南部平原養(yǎng)殖區(qū)。河溶、兩河、半月、草埠湖等鎮(zhèn)地處江漢平原過渡地帶，主要養(yǎng)殖區(qū)域形成漳河?xùn)|、沮河西兩大全市主要漁業(yè)基地板塊，主要養(yǎng)殖青、草、鰱、鳙、鯉、鯽、黃顙魚、團(tuán)頭魴、小龍蝦、黃鱔、泥鰍、鱖、鱸、鲌、鱉等品種。該區(qū)池塘養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化、生態(tài)化等健康養(yǎng)殖模式初步形成。

1.研究過程

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

多頭磁力攪拌器、真空抽濾裝置、分析天平、便攜式可見分光光度計，數(shù)顯恒溫水浴震蕩器、電熱鼓風(fēng)干燥箱

維吾爾族第一前磨牙根尖孔位置變異情況見表3。156個上頜第一前磨牙共245個根管，根尖孔位置變異(頰、腭、近中、遠(yuǎn)中)的有158個(64.49%)，根尖孔位于根尖頂點(diǎn)的有87個(35.51%)(P<0.05)；150個下頜第一前磨牙共158個根管，根尖孔位置變異的有82個(51.90%)，根尖孔位于根尖頂點(diǎn)的有76個(48.1%)(P>0.05)。

面對角色，鞏俐不但愿意傾其所有，還特別有自己的堅(jiān)持和原則。40歲那年，已經(jīng)包攬無數(shù)大獎的鞏俐，決定沖出舒適區(qū)，向更大的舞臺發(fā)起挑戰(zhàn)。那一年，她開始征戰(zhàn)好萊塢。但和那些急于在好萊塢混個臉熟的人相比，鞏俐依然堅(jiān)持自己的底線，當(dāng)劇本不合心意的時候，再有影響力的片子，她都會果斷拒絕，其中就包括《007》的邀約。

2.3.1 吸附量

沒有鮮花與喝彩聲，草兒在人們的冷眼和嘲笑中，來到了牧兒家，不過，有羊兒的叫聲，有牧兒和他真誠的笑迎接她，草兒感到足夠了。凡是追過草兒，而草兒未搭理的小伙子都說：“草兒是鮮花插在了牛糞上，嫁給了個放羊的，要啥沒啥，以后只能過苦日子?！辈輧褐划?dāng)沒聽到，但草兒和牧兒的心里都在想：以后一定要把日子過好，讓這些人看看。

氯化鈉（NaCl，分析純）、七水氯化鑭（LaCl37H2O分析純）、氫氧化鈉（NaOH分析純）沸石顆粒（粒徑2mm～3mm）（靈壽縣垚鑫礦產(chǎn)品加工廠）、沸石粉（100目）朝陽市鑫河科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 氯化鈉改性

配制1.0mol/ L NaCl 溶液 2000ml：（1）稱取 117g NaCl 固體加入燒杯中，加適量蒸餾水?dāng)嚢枞芙?，再倒?000ml 容量瓶中加入水溶液繼續(xù)溶解。（2）稱取沸石粉和沸石顆粒各100g，倒入1000ml NaCl 溶液中，用磁力攪拌器和搖床攪拌均勻，震蕩4h。（3）105℃烘箱中烘干8h。

2.2.2 氨氮濃度變化及去除率

（1）稱取10g氯化鑭至500ml 錐形瓶中，加入100ml去離子水，50℃水浴條件充分溶解。（2）加入90g沸石，用磁力攪拌器和搖床攪拌均勻，震蕩7h。（3）105℃烘箱中烘干8h。

1.2.3 模擬廢水配制

稱取3.8462g固體NH4Cl，加入1L去離子水，得到濃度為1000mg/L的NH4Cl溶液母液；稱取1.0985g 固體KH2PO4，加入1L去離子水，得到濃度為250mg/L的KH2PO4溶液母液。

在初中數(shù)學(xué)中，函數(shù)動點(diǎn)問題可分為以下幾種：動點(diǎn)與一次函數(shù)結(jié)合、與二次函數(shù)結(jié)合以及與反比例函數(shù)結(jié)合。其中動點(diǎn)與二次函數(shù)結(jié)合問題出現(xiàn)幾率會相對較大，難度也相對高出很多。其問題通常為：其一，對函數(shù)解析式的建立計算存在問題。其二，計算最值缺乏準(zhǔn)確性。同時最值問題主要是對之前函數(shù)解析式明確后才明確的，其中也可表示為幾何最值問題。其三，對相應(yīng)問題的計算易產(chǎn)生錯誤。各種問題的提出都有著相應(yīng)的種類，教師在數(shù)學(xué)教學(xué)期間應(yīng)對其進(jìn)行充分的總結(jié)與歸納。

1.2.4 氨氮效果去除測定

社會心理學(xué)已經(jīng)證實(shí)，當(dāng)決策者行動時，常常會考慮他人的判斷和行為，即使知道其他人是一種從眾行為，理性的人也會參與其中并采取類似的行為。如果脫離了大多數(shù)，會讓人產(chǎn)生不安全感，尤其是對自己缺乏自信的時候，這種心理效應(yīng)會更加顯著，即從眾心理。

從圖3得到，4種改性與未改性沸石在吸附120min時，基本達(dá)到吸附平衡，吸附量達(dá)到最大，在后續(xù)的120min～240min反應(yīng)過程中，除未改性顆粒沸石外，其他3種沸石對氨氮的吸附量不再增加。由此看出，改性沸石的表面明顯比天然沸石的粗糙。沸石孔穴的大小直接影響離子換的進(jìn)行，只有小于孔徑的分子才能進(jìn)入沸石孔穴內(nèi)，否則不能進(jìn)入?yún)⑴c反應(yīng)。改性后的沸石吸附孔徑雖然變小,但仍大于 NH4+直徑，而且改性沸石總孔容、比表面積比天然沸石都有所增大 ,使表面的吸附點(diǎn)位增多,有利于吸附NH4+。這可能是由于沸石經(jīng)過NaCl溶液改性以后，疏通了沸石孔道，除去一些表面雜質(zhì)，而且沸石經(jīng)過NaCl溶液改性后變?yōu)殁c型沸石。

2.結(jié)果與討論

2.1 材料表征

對改性與未改性沸石進(jìn)行表征對比，改性后沸石的比表面積增大，且粉末狀沸石分比表面積大于顆粒態(tài)沸石，如表1所示。

2.2 脫氮性能比較

吸附反應(yīng)4h后，MPa-Z、NMPa-Z、MPo-Z、NMPo-Z對混合模擬廢水中的 PO4-P的最大吸附量分別為1.20mg/g、0.17mg/g、2.0mg/g和0.30mg/g（見圖4）。其中，改性粉末狀沸石的對 PO4-P吸附量最大。顆粒態(tài)沸石與粉末狀沸石未經(jīng)改性，對PO4-P 的吸附非常微弱；經(jīng)改性后，對磷的吸附量顯著增加，分別是未改性的7.06和 6.87倍。

吸附反應(yīng)4h后，MPa-Z、NMPa-Z、MPo-Z、NMPo-Z對混合模擬廢水中的NH3-N的吸附量分別為4.67mg/g、3.92mg/g、5.08mg/g和2.75mg/g（見圖1）。其中，改性粉末狀沸石的對NH4-N吸附量最大。顆粒態(tài)沸石與粉末狀沸石經(jīng)改性后，對氨氮的吸附量增加，分別是未改性的1.19和1.85倍。

圖1 四種沸石對氨氮的最大吸附量

1.2.2 氯化鑭改性

從圖2可以看出，氨氮濃度為10mg/L的混合模擬廢水中加入MPa-Z、NMPa-Z、MPo-Z和NMPo-Z 4種改性與未改性沸石后，氨氮濃度均成下降趨勢。相比于未改性沸石，改性沸石（MPa-Z和MPo-Z）處理后氨氮濃度下降較多，反應(yīng)240min后，氨氮濃度分別降低至4.4mg/L和3.9mg/L，低于污水排放一級A標(biāo)準(zhǔn)，去除率分別為56%和61%。未改性沸石NMPa-Z和NMPo-Z處理后，氨氮濃度分別下降至5.3mg/L和7.6mg/ L，去除率分別為47%和27%。

圖2 四種沸石處理后濃度（上）和去除率（下）的變化

2.2.3 吸附動力學(xué)比較

1.4 患者管理 對于接受等離子電切治療的前列腺增生患者，不僅需要重視客觀療效指標(biāo)，還需特別關(guān)注患者報告的療效(patient reported outcomes，PROs)。與會專家一致認(rèn)為，應(yīng)該分階段開展患者管理，盡可能實(shí)現(xiàn)前列腺增生患者的全程、全面追蹤和管理。大多數(shù)專家認(rèn)為，需配備前列腺患者管理專職人員，以患者教育、會談、小組面談、電話及微信等方式完成患者的安全數(shù)據(jù)收集分析及全程管理[2]。

將改性后的顆粒態(tài)沸石與粉末狀沸石用于處理模擬氮磷混合廢水。固定兩種改性沸石的用量為2g/L，實(shí)驗(yàn)用體系為250ml，分別測定四種沸石對于氨氮和磷的吸附量等數(shù)據(jù)。

圖3 氨氮動力吸附性曲線

2.3 除磷性能比較

1.1.2 實(shí)驗(yàn)材料

2.2.1 吸附量變化

圖4 四種沸石對磷酸鹽的最大吸附量

2.3.2 磷酸鹽濃度變化及去除率

②將“應(yīng)交稅費(fèi)——轉(zhuǎn)讓金融商品應(yīng)交增值稅”當(dāng)期可抵扣進(jìn)項(xiàng)稅額的金額2萬元轉(zhuǎn)入“應(yīng)交稅費(fèi)——應(yīng)交增值稅（銷項(xiàng)稅額）”（金額單位：萬元）

從圖5可以看出，磷酸鹽濃度為2.5mg/L 的混合模擬廢水中加入MPa-Z、NMPa-Z、MPo-Z和NMPo-Z 4種改性與未改性沸石后，未改性沸石處理后，磷酸鹽濃度變化不明顯，而改性沸石處理后的磷酸鹽濃度明顯下降。反應(yīng)240min后，MPa-Z和MPo-Z處理后的磷酸鹽濃度分別降低至1.06mg/L和0.03mg/L，去除率分別為57.6%和98.8%。其中，經(jīng)MPo-Z處理后，磷酸鹽濃度低于地表水III類標(biāo)。

圖5 四種沸石處理后磷酸鹽濃度及去除率變化

2.3.3 磷酸鹽吸附動力學(xué)比較

從圖6可以看出，改性粉末狀沸石（MPo-Z）在反應(yīng)60min時，達(dá)到吸附平衡，吸附量達(dá)到最大；而改性顆粒沸石（MPa-Z）在反應(yīng)達(dá)到120min時，吸附達(dá)到平衡。可以看出，改性粉末狀沸石不僅吸附量大而且吸附效率較快。由以上數(shù)據(jù)分析可以看出，改性沸石應(yīng)用于水體后，其中的鑭化合物具有很強(qiáng)的磷結(jié)合能力。在pH4.0～9.7范圍內(nèi)，改性沸石表面帶有正電荷，因此其在去除水體中磷酸根的同時還可能去除其他帶負(fù)電荷的物質(zhì)，比如藍(lán)藻細(xì)胞、砷酸鹽和鉻酸鹽等。

圖6 磷酸鹽吸附動力曲線

3.結(jié)論

本研究對顆粒狀沸石和粉末狀沸石進(jìn)行氯化鈉—氯化鑭改性，并與相應(yīng)的未改性沸石進(jìn)行比較，經(jīng)過改性后的沸石MPa-Z和MPo-Z有效地提高了天然水土對氨氮的去除率及對磷酸鹽的去除率。

改性粉末狀沸石處理氮磷性能優(yōu)于改性顆粒狀沸石，并且處理后氨氮濃度低于生活污水排放一級A標(biāo)準(zhǔn)，磷酸鹽濃度低于地表水III類標(biāo)準(zhǔn)。

以期篩選出一種能夠廣泛用于城市景觀水體去除氮和磷的生態(tài)安全而又成本低廉的材料，為污水處理提供應(yīng)用方法依據(jù)。