不同改性吸附劑對焦化廢水中氨氮及色度的吸附實驗研究

摘要：木炭在不同材料改性下對焦化廢水中氨氮及色度的吸附實驗研究，綜合對廢水中氨氮、色度、COD的去除及經濟成本考慮，研究結果是吸附劑為未改性木炭。

關鍵詞：焦化廢水;改性吸附劑;氨氮;色度

中圖分類號：X131 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）07-0-02

Abstract：This paper mainly discusses the effect of different modified adsorbents to the removal of ammonia and chromaticity in the wastewater. The removal of ammonia nitrogen， chromaticity， COD and economic cost into consideration， we can see that the best adsorbent is charcoal .

Key words：Coking wastewater;Modified adsorbents;Ammonia;Chroma

本課題從成本及操作方面考慮，選用活性炭、木炭兩種吸附劑原料并對其進行改性處理，旨在使汾陽某焦化廢水中的NH3-N、色度在特定條件下去除率最優。

1 試驗與分析方法

1.1 改性溶液配制

用分析天平稱取10g氯化鈉[2]，氯化鋅，氯化鐵，聚合氯化鋁[3]配置質量濃度10%的改性溶液;取20g氫氧化鈉分析純于燒杯中，去離子水溶解，冷卻至室溫后，轉于1000mL容量中定容，制得0.5mol/L氫氧化鈉。

1.2 吸附劑的改性

從爐窯廠收集木炭以及在市場稱取活性炭，用自來水浸洗3次，去除表面浮灰，再用去離子水清洗3～4遍，轉至烘箱調溫至378.15K烘干12h，置于調速至150r/min球磨機中粉碎數小時，用80目篩子過濾，制成粉末。

用分析天平稱木炭、活性炭各20g，并用經校驗的100mL量筒取已配置好的10%NaCl、10%ZnCl2、10%FeCl3、10%PAC、NaOH分別逐一加入標有標號250mL錐形瓶內，用保鮮膜封口水浴振蕩，工作時間內，溫度保持在303.15K，轉速每分鐘120轉，振蕩、靜置各12h。然后用抽濾裝置進行固液分離，注意當改性藥品為氫氧化鈉時，需將濾餅稀釋至中性，用藥匙將濾餅取出放置相應器皿中，于干燥箱干燥數小時，再于研缽中研磨即可。將改性的木炭置于樣品袋中，放在干燥器中保存。

1.3 試驗方法

（1）用量筒量取70ml焦化廢水于100ml錐形瓶，分別稱取0.56g不同改性藥品改性的木炭、活性炭置于其中，放在水浴恒溫振蕩器中振蕩12h，并且每間隔1h從中取出觀察實驗現象，之后靜置12h，最后用砂芯過濾裝置對經吸附處理的焦化廢水過濾，取得濾液即為去除部分氨氮的焦化廢水;

（2）分別同一吸附材料改性的木炭，其質量分別為0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g，并對錐形瓶中100ml的焦化廢水進行處理，以下步驟同（1）;

（3）分別稱取0.28g、0.42g、0.56g、0.7g質量氯化鋅，氯化鐵改性后的木炭、活性炭吸附劑，用量筒量取70ml水樣在錐形瓶中進行吸附，以下步驟同（1）。

1.4 分析方法

氨氮測定采用納氏試劑光度法[6]。

2 試驗結果與分析

某焦化廠生化出水水質：COD820mg/L，氨氮220mg/L，色度675，pH8.8。

2.1 不同改性吸附劑對焦化廢水中氨氮去除的影響

改性藥品分別為NaCl、ZnCl2、FeCl3、PAC、NaOH時對吸附劑木炭的改性均優于對活性炭的改性，較明顯的是經氯化鈉，氯化鋅改性的木炭，其對氨氮的去除效率分別為60.03%、59.30%，而經氯化鈉，氯化鋅改性后的活性炭對氨氮去除效率僅達13.01%、8.49%。

在原焦化廢水NH3-N濃度為220mg/L左右時，NaCl負載木炭后，該吸附劑對NH3-N吸附量為16.64mg/g;NaCl改性的活性炭吸附量為3.61mg/g。其余吸附材料ZnCl2、FeCl3、PAC、NaOH改性木炭后對氨氮的吸附量分別為16.44mg/g、4.07mg/g、4.93mg/g、3.75mg/g、1.97mg/g，而吸附材料ZnCl2、FeCl3、PAC、NaOH改性活性炭后對氨氮的去除量分別為吸附量分別為2.35mg/g、3.77mg/g、4.06mg/g、4.05mg/g。

2.2 同種改性藥品下的吸附劑在濃度梯度下對氨氮吸附的影響

未改性的木炭以及經聚合氯化鋁改性后的木炭對氨氮的處理效率較高，均達50%以上，且在10g/L時效果較佳去除氨氮效率分別為62.49%、60.81%，吸收量分別為13.55mg/g、13.48mg/g，而氯化鐵、硫酸鐵分別改性后的木炭對氨氮去除效率一般，最高時分別僅達15.98%、13.70%，吸收量分別為5.91mg/g、7.59mg/g。

對同一改性藥品而言，其濃度的改變，對氨氮去除效率影響趨勢不大，整體差距不超5%，硫酸鐵例外最高去與最低除率相差13%。

2.3 不同時間下改性吸附劑對氨氮去除效率的影響

時間在一定程度上對對吸附效率有一定的影響。在2～3h之間，吸附效率變化較大，氨氮去除率分別由34.90%、22.83%升至60.49%、61.14%，相應吸附量由12.06mg/g、7.89mg/g升至20.91mg/g、21.13mg/g，而3h之后吸附效率基本保持在60%以上。5h時，氯化鈉與氯化鋅對氨氮的去除效率各自為67.58%、64.27%，吸附量分別為23.36mg/g、22.22mg/g。

2.4 不同溫度下較佳吸附劑對氨氮去除效率的影響

在60℃時，氨氮去除率較高，原因主要是吸附為吸熱過程，溫度升高有利于反應正向進行，且改性藥品NaCl質量分數為10%時，改性的木炭去除氨氮的效果優于5%NaCl改性的木炭。

2.5 不同改性藥品改性的吸附劑的吸附色度性能

在改性藥品各異下對吸附劑活性炭改性，其色度的去除效率優于木炭，改性活性炭脫色效率均高達95%以上，其中經ZnCl2、FeCl3改性后脫色率分別為99.20%、99.54%，而未改性活性炭脫色為86.70%;未改性對色度去除效率也較高，達到98.18%，反而對木炭改性后，其脫色率均降低。因此，脫色時優先選用未改性木炭。

2.6 不同藥品改性的吸附劑對焦化廢水中有機物的吸附性能

不同改性藥品改性活性炭對COD去除效果整體優于木炭，去除率全部在65%以上，其中氯化鐵、氯化鋅改性活性炭最好，去除率均為73.91%，吸附量為70.83mg/g。

未經改性活性炭對COD處理較佳，達72.17%，去除量為553.33g/L，吸附量為69.17mg/g，然而改性后的木炭COD去除率大都在45%左右，但未改性木炭以及經聚合氯化鋁改性后的木炭的去除COD效果最佳，COD去除率分別為83.48%、86.09%，吸附量分別為70.83mg/g、82.5mg/g。

2.7 未改性木炭在濃度梯度下對焦化廢水的綜合去除對比

未改性木炭對焦化廢水中氨氮、COD以及色度的去除的整體效果而言較佳。其中氨氮去除率均達大于50%，去除量為120mg/L左右;COD去除率達80%左右去除量600mg/L;色度去除率隨未改性木炭濃度的增加先增大后減小，在8g/L時最佳，達86.70%。而均隨著濃度的增加，吸附劑對氨氮、COD的吸附量表現為遞減趨勢，逐漸達平衡。綜合經濟成本考慮，優先選擇對氨氮及COD去除效率較高的，即6g/L。

3 結論

（1）木炭改性后對氨氮的處理效果優于活性炭改性后的效果;

（2）去除氨氮時，對木炭改性較好的改性藥品為NaCl、ZnCl2、PAC;

（3）木炭在同種改性藥品下，吸附劑濃度不同時，氨氮去除率較高時所對應的吸附劑濃度為10g/L;

（4）木炭在吸附時間不同，其余條件均相同時，氨氮去除率較高時對應時間為5h;

（5）溫度為60℃，氯化鈉質量分數為10%，氨氮去除效率最高;

（6）改性的木炭脫色效率次于活性炭，未經改性的木炭脫色效率高于活性炭。

綜上，無論是對氨氮的去除還是脫色效率而言，相同條件下木炭的吸附量均優于活性炭，工藝成本遠低于活性炭。

參考文獻

[1]田陸峰.改性焦粉脫除焦化廢水中對COD和氨氮的去除研究[J].煤炭工程，2014，（8）109-113

[2]孫同喜等NaCl改性沸石對氨氮吸附性能的研究[J].環境污染與防治，2010，32（10）：46-50

[3]任毅.粉末活性炭強化混凝處理含氨氮微污染水[J].人民珠江，2015，36（5）：106-108.

收稿日期：2019-03-11

作者簡介：段軍（1982-），男，漢族，環境工程碩士學位，工程師，研究方向為環境影響評價技術評估和環境保護管理。