酸改性沸石處理含磷廢水的制備條件研究

程 婷

（太原工業學院環境與安全工程系，山西太原030008）

酸改性沸石處理含磷廢水的制備條件研究

程 婷

（太原工業學院環境與安全工程系，山西太原030008）

沸石由于其多孔的特性可以作為水體吸附劑，但天然沸石的吸附容量較低，需要通過改性提高其吸附性能。本文對沸石進行酸改性，探討酸的種類、濃度、時間、固液比，確定最優的改性條件。實驗結果表明對于處理100 mL，2 mg/L的含磷溶液，鹽酸改性濃度為4 mol/L，改性時間為2 h，固液比為1∶10，所得最佳磷去除率為50.50%。硫酸改性沸石的最佳條件為硫酸濃度7%，改性時間2 h，固液比1∶10，磷去除率為45.85%。

沸石；酸改性；去除磷

目前，國內外常用的除磷方法主要有沉淀法、生物法、混凝法、吸附與離子交換法、氧化塘[1-2]。其中，生物除磷法工藝比較復雜，且難以保證出水水質。相對于生物除磷而言，化學法除磷的最大弊端是污泥量大，殘留的金屬離子增加了污泥的處理量和處理難度；吸附法則被認為是能夠較好地適用于寬濃度范圍的廢水除磷的方法[3-5]。天然沸石又以其成本低和性能優越、資源豐富的優勢，成為一種新型除磷吸附材料，但天然沸石吸附容量低的缺點限制了其在廢水除磷方面的應用，本文采用不同種類的酸對沸石進行改性，制備一種新型低成本的水處理吸磷劑，為我國水體的磷污染控制提供支持[6]。

1 實驗部分

1.1酸改性沸石制備

分別用不同濃度的鹽酸溶液、硫酸溶液浸漬水洗天然沸石，抽濾水洗至中性，烘干備用。

1.2吸附試驗

本實驗采用靜態吸附試驗，取一定磷濃度的水樣于錐形瓶中，用NaOH調節溶液pH值，加入適量的吸磷劑，搖勻，置于恒溫搖床中，設置轉速為120 r/min，進行吸附實驗。

1.3測定方法

實驗采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893-89）[7]測定水中總磷濃度。

2 結果與討論

2.1磷標準曲線

用鉬酸銨分光光度法測得磷標準溶液的吸光度值。以濃度為橫坐標，以吸光度為縱坐標制出的磷標準曲線如圖1所示。

圖1 磷標準曲線

2.2酸濃度對改性沸石去除磷效果的影響

實驗配置硫酸濃度依次為7%、14%、21%、28%、32%、49%、63%，鹽酸濃度為0.0、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0 mol/L，探討改性酸濃度對于沸石改性效果的影響，并篩選出硫酸和鹽酸的最優濃度。實驗結果如圖2、3所示。

圖3 鹽酸濃度對去除率的影響

由圖2可以發現改性沸石去除磷效果隨著硫酸濃度的增加而降低。硫酸濃度為7%時，磷去除率最高為40%，當硫酸濃度超過28%時，去除率大幅下降至16.4%，可以推斷，當酸濃度過高的時候，沸石的晶體結構被破壞使其喪失吸附性能。因此，當硫酸濃度為7%時去除率最高，是最佳的硫酸改性濃度。由圖3可以看出磷的去除率隨著鹽酸濃度的增加而增加并趨于平緩。當鹽酸濃度為2 mol/L、4 mol/L和6 mol/L時，去除率均在47%左右，可見鹽酸對沸石內部某些雜質有清除作用，繼續增加鹽酸濃度，磷去除率增幅較緩，說明沸石的結構不再發生大的變化，對磷的吸附已趨于飽和[8-10]，因此鹽酸改性沸石的最佳濃度可以選擇為4 mol/L。

2.3改性時間改性沸石去除磷效果的影響

硫酸濃度為7%，鹽酸濃度為4 mol/L，實驗探討改性時間對沸石吸附除磷效果的影響，其結果如圖4所示。

圖4 酸改性時間對磷去除率的影響

由圖4可以看出硫酸改性和鹽酸改性后沸石的除磷率都隨著改性時間的增加而呈現先增大后降低的結果。對于硫酸改性沸石，當改性0.5 h時去除率為14.57%，改性2 h時去除率增加了約30%，隨后隨著改性時間的增加去除率的降幅由緩變急，改性4 h時，去除率相對改性3 h時來說下降了約25%。對于鹽酸改性沸石，用鹽酸改性0.5 h時磷的去除率為50.5%，當改性時間為2 h時去除率最高約為60%，隨后除磷率開始下降。硫酸和鹽酸改性沸石的除磷性能變化趨勢基本相同。酸對沸石能夠起到某些促進作用，如溶解堵塞沸石孔道的某些物質,使得孔道和通道更加暢通，又比如使得沸石礦物的結晶構造發生一定程度的變化，可增加吸附活性中心。而改性2 h之后，酸對沸石的持續作用會使得沸石結構發生超出程度的變化，這樣并不利于沸石的吸附作用，因此越往后，沸石的吸附效果越差。因此硫酸和鹽酸的最佳的改性時間均為2 h。

2.4固液比對酸改性沸石去除磷效果的影響

硫酸濃度為7%，鹽酸濃度為4 mol/L，改性時間均為2 h，實驗設置固液比分別為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30，探討固液比對于酸改性沸石吸附除磷效果的影響，其結果如圖5所示。可以看到固液比對于硫酸和鹽酸改性沸石的除磷率影響不是很大，隨著固液比的增加酸改性沸石的除磷率增大的幅度很小。可以推測，在投加沸石量、鹽酸濃度以及改性時間不變的情況下，鹽酸體積適當的增加有利于改善沸石內部結構，促進沸石的吸附效果，但效果不是很明顯[11-12]。鹽酸改性和硫酸改性相比，沸石的除磷效果要增大的明顯，2種酸的最佳固液比均為1∶10。

圖5 固液比對磷去除率的影響

3 結論

通過對天然沸石進行酸改性和熱改性，采用單因素變量法和靜態實驗方法，得到以下結論：

1）對于100 mL，磷離子濃度為2 mg/L的磷標準溶液，投入1 g硫酸改性的沸石，在35℃下振蕩吸附100 min，硫酸改性沸石的最佳改性條件為：硫酸濃度為7%，改性時間為2 h，固液比為1∶10，所得最佳磷去除率為45.85%。

2）對于100 mL，磷離子濃度為2 mg/L的磷標準溶液，投入1g鹽酸改性的沸石，在35℃下振蕩吸附100 min，鹽酸改性沸石的最佳改性條件為：鹽酸濃度為4 mol/L，改性時間為2 h，固液比為1∶10，所得最佳磷去除率為50.50%。

參考文獻

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The Experimental Study of Prepared Conditions of Acid Modified Zeolite to Treat the Phosphorus Wastement

CHENG Ting
（Department of Envirenment and Safety Engineering,Tai Yuan Institute of Technology,Taiyuan Shanxi,030008）

Natural zeolite can remove phosphorus from wastewater because of its porous properties,and the properties can be improved by modification.This study explored the acid modification method.It determines the optimal modification conditions by changing the kinds of acid,concentration of acid,modification time,solid-liquid ratio,.The result shows that,for 100ml,2mg/L initial phosphorus concentration,,the optimal modification condition was 4mol/L hydrochloric acid,modified time 2h,the solid liquid ratio 1：10,then the phosphorus removal rate was 50.5%;and the density of sulphuric acid 7%,modified time 2h,the solid liquid ratio 1：10,then the phosphorus removal rate was was 45.85%.

zeolite;acid modification;removal of the phosphorus

X506

A

〔責任編輯 楊德兵〕

1674-0874(2017)01-0035-03

2016-10-16

程婷(1989-)，女，山西長治人，碩士，助教，研究方向：水污染控制與治理。