吸附法處理氨氮廢水的研究

馮瀟艷

(汾陽市環(huán)境監(jiān)察大隊 ，山西 呂梁 032200)

引 言

氨氮廢水的來源多種多樣，主要來自于鋼鐵、玻璃制造、肉類加工、化肥以及石油化工行業(yè)。氨氮廢水如果不經(jīng)過處理隨意排放，首先造成水體富營養(yǎng)化，使藻類滋生，消耗掉水中大量的溶解氧，致使水生生物死亡，嚴重破壞生態(tài)環(huán)境。因此方便快捷地處理氨氮廢水，是近幾年來環(huán)保領(lǐng)域研究的熱點。

1 吸附法處理氨氮廢水作用機制

傳統(tǒng)的氨氮廢水處理方法有兩類，一類是生物處理法，包括A/O工藝、A2/O工藝、SBR工藝以及短程或同時硝化反硝化、厭氧氨氧化工藝；另一類是物理化學(xué)法，包括吸附法、化學(xué)沉淀法、吹脫法、折點氯化法以及離子交換法如圖1所示。雖然氨氮廢水的處理方法多種多樣，但是各種方法的優(yōu)缺點也非常明顯。我們需要綜合考慮經(jīng)濟效益與處理效果，相比于其它方法，吸附法設(shè)備及操作成本低，無二次污染，經(jīng)濟效益最好，發(fā)展前景良好。

吸附法的作用機理是利用吸附劑較大的比表面積，將廢水中的有機雜質(zhì)以及各種離子吸附在吸附劑表面，從而達到凈化廢水的作用。按照吸附的結(jié)合力不同，可以分為化學(xué)吸附、物理吸附以及離子交換吸附。

2 化學(xué)吸附

化學(xué)吸附利用了吸附劑內(nèi)表面上特定的活性基團，與氨氮廢水中的特定離子發(fā)生反應(yīng)，以共價鍵的形式使污染物結(jié)合在吸附劑上，從而可以有效去除其他手段不能有效去除的物質(zhì)，化學(xué)吸附的同時通常伴有一定量的物理吸附。

圖1 不同濃度氨氮廢水的處理方法

3 離子交換吸附法

離子交換法的原理較為簡單，酸性或者中性條件下，離子氨是氨氮在水中的主要存在形式。利用能夠與銨離子具有強選擇性的交換劑，使銨根離子交換到吸附劑上。目前常用離子交換吸附劑主要是沸石、蛭石、蒙脫石、離子交換樹脂等，其中沸石最為常用。這些材料廉價易得，一般需要做改性處理即可使用。

沸石比表面積極大，其內(nèi)有大量孔道，內(nèi)部空間甚至可以占到體積的一半左右。因此，用沸石做吸附劑是當前研究的熱點。沸石又分為斜發(fā)沸石和片沸石。崔凱[4]用90 g/L的氯化鈉溶液對沸石進行改性處理，改性后的沸石可以處理100×10-6的氨氮廢水，處理率達到90%，發(fā)現(xiàn)影響處理效率的因素主要與濃度和pH有關(guān)。采用天然斜發(fā)沸石吸附200 g/L的氨氮廢水，吸附率可以達到92.7%。許育新等系統(tǒng)地采用熱力學(xué)方法研究了天然斜發(fā)沸石的吸附曲線，吸附是熱力學(xué)的自發(fā)過程，是放熱反應(yīng)，每克沸石可以吸附18 mg的氨氮。Sancho等用中空纖維膜接觸器與沸石結(jié)合技術(shù)回收日常廢水中的氨，回收率可以達到98%。王文超等采用天然斜發(fā)沸石吸附200 g/L的氨氮廢水吸附率也達到了92%。唐登勇采用氯化鈉改性沸石與天然斜發(fā)沸石作比較，吸附率是天然斜發(fā)沸石的2.67倍。饒麗等人采用5%的氯化鈉改性沸石，發(fā)現(xiàn)沸石再生性能穩(wěn)定，可以維持在4 mg/g左右。如果用氯化鈉和次氯酸鈉對吸附后的沸石進行脫附，混合溶液的脫附效果也明顯好于單獨使用，脫附后的氨氮可以轉(zhuǎn)化為氮氣，處理效果明顯較好。再生后的沸石甚至可以重復(fù)使用20次以上。

膨潤土的主要成分是蒙脫石，主要含有二氧化硅、三氧化二鋁以及鈉鉀鈣鎂等金屬離子。其含有巨大的表面積，離子交換能力優(yōu)秀。張廣興等通過表面活性劑和氯化鋁對膨潤土進行改性，氨氮廢水的脫除率可以達到75%，再生后依然可以達到63%。劉丹等以殼聚糖為改性劑，改性后的膨潤土氨氮去除率可以達到69%。

4 物理吸附法

吸附劑對氨氮的吸附作用力可以分為兩種，分別是范德華力和化學(xué)鍵力。物理吸附正是利用了范德華力進行吸附，將廢水中的氨氮固定在吸附劑上[5]?；钚蕴渴菓?yīng)用最廣泛的吸附劑，活性炭主要有煤制、椰殼、瀝青活性炭等。P.Vassileva等使用硝酸、雙氧水和空氣對褐煤制備的活性炭進行改性，改性后的活性炭可以對氨氮廢水進行處理，24 h后活性炭處理效率可以達到90%。雖然活性炭應(yīng)用廣泛，但一般的活性炭吸附量較低，只適用于低濃度廢水的處理。今年來生物質(zhì)炭開始興起，生物質(zhì)炭具有工藝簡單，不需要二次活化的優(yōu)點。劉雪梅等人采用磷酸改性的油茶殼活性炭去處理氨氮廢水，吸附量可以到到12.5 mg/g，該吸附接近于單分子層吸附。

粉煤灰也是近年來人們主要研究的吸附劑，有很大的潛力。粉煤灰主要來源是發(fā)電廠燒煤后的殘渣。粉煤灰的表面有大量Si-O-Si鍵和Al-O-Al鍵，使其表面疏松而多孔。如果對粉煤灰進行改性，極有利于去除廢水中的雜質(zhì)，并且實現(xiàn)廢棄物的循環(huán)利用。賈漢英等人利用液堿對粉煤灰進行改性，改性后的粉煤灰吸附率可以達到81.56%[6]。

5 結(jié)語

隨著國家排污標準的執(zhí)行日趨規(guī)范和嚴格，尋求經(jīng)濟高效的氨氮廢水的處理方法刻不容緩。吸附法作為一種便捷、高效、操作簡單的處理氨氮廢水的方法，不僅應(yīng)用在生活廢水的處理上，在工業(yè)廢水以及廢水的預(yù)處理、深度處理等方面也有全面的應(yīng)用。在使用吸附法處理氨氮廢水的過程中，吸附劑的選用以及改性是關(guān)鍵所在，MHP、沸石、膨潤土、生物炭以及粉煤灰等都有很好的發(fā)展前景。我們既要保證吸附量的最大化，也要保證吸附劑有良好的再生性能，我們的目的是選擇一種可以重復(fù)穩(wěn)定使用、符合環(huán)境友好和經(jīng)濟效益好的吸附劑。

近年來，其它人工合成的吸附材料，像納米材料、復(fù)合材料以及高分子材料的吸附劑也開始逐漸被人們使用，這些合成材料的出現(xiàn)，給了吸附材料的發(fā)展提供了更多的可能性，未來也會有一定程度的發(fā)展。