屠宰廢水中硝酸鹽氮的去除試驗研究

摘要：本研究利用離子交換性使累托石負載季銨鹽進行改性，用正交試驗和單因素試驗的方法，以屠宰廢水中硝酸鹽氮去除效果作為評價指標，確定改性累托石吸附劑制備的最佳工藝條件。正交試驗結果表明，對屠宰廢水中硝酸鹽氮去除率影響最大的因素是季銨鹽的種類。單因素試驗結果表明，累托石最佳改性條件下，反應溫度為60 ℃，反應時間為10 h，反應體系pH為7，試劑為十六烷基三甲基氯化銨，廢水中硝酸鹽氮的去除率達到79.04%。

關鍵詞：屠宰廢水；硝酸鹽氮；去除；累托石；改性

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）08-00-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.004

Experimental Study on Removal of Nitrate Nitrogen from Slaughtering Wastewater

MENG Licong1，2， REN Dengkai3， YU Jingliang4， LIU Yanjuan1，2

（1. School of New Materials and Chemical Engineering， Tangshan University; 2. Tangshan Key Laboratory of Water Environment Ecological Restoration Technology， Tangshan 063000， China; 3. Tianjin Research Institute of Construction Machinery Co.， Ltd.， Tianjin 300409， China; 4. Energy Department of Qian'an Iron amp; Steel Company， Beijing Shougang Co.， Ltd.， Qian'an 064404， China）

Abstract： In this study， ion exchange is used to make rectorite loaded with quaternary ammonium salt for modification， and orthogonal test and single factor test are used to determine the best process conditions for the preparation of modified rectorite adsorbent， with the removal effect of nitrate nitrogen in slaughtering wastewater as the evaluation index. The results of orthogonal test show that the type of quaternary ammonium salt has the greatest influence on the removal rate of nitrate nitrogen in slaughtering wastewater. The single factor test results show that under the optimal modification

conditions of rectorite， the reaction temperature is 60 ℃， the reaction time is 10 h， the reaction system pH is 7， the reagent is cetrimonium chloride， and the removal rate of nitrate nitrogen in wastewater reaches 79.04%.

Keywords： slaughtering wastewater; nitrate nitrogen; remove; rectorite; modification

隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)和商業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)污水、生活污水以及飲用水源等水體的硝酸鹽含量不斷上升，硝酸鹽污染治理引起人們的廣泛關注[1-2]。常用的硝酸鹽氮去除方法有化學法（活潑金屬還原法、催化還原法、電化學法）、生物法和物理法（反滲透法、電滲析法、吸附法）[3-7]。吸附法一般用于廢水的深度處理，屠宰廢水經(jīng)過生物處理，出水中會存在部分硝酸鹽氮。本研究采用累托石作為基礎吸附材料，對其進行改性，通過試驗分析改性累托石對廢水中硝酸鹽氮的脫除效果。

1 試驗流程

1.1 試驗材料和儀器

試驗用水為屠宰廢水生物處理后的出水，根據(jù)廢水水質(zhì)檢測結果，化學需氧量（COD）為58.5 mg/L，硝酸鹽濃度為4～5 mg/L，pH介于7～8。累托石取自無機非金屬材料實驗室。累托石為直徑0.5～3.0 mm的顆粒，主要成分為二氧化硅和氧化鋁。如表1所示，試驗所用藥品均為分析純，均采用超純水機制得的去離子水配制。主要試驗儀器如表2所示。

1.2 試驗方法

1.2.1 累托石改性方法

稱取一定量的累托石置于150 mL錐形瓶中，加入100 mL 0.015 mol/L十六烷基三甲基溴化銨溶液，調(diào)節(jié)pH，在70 ℃的水浴鍋中保溫一段時間，其間，每隔30 min振蕩搖晃一次。將改性好的累托石用抽濾裝置洗滌5～6次，再放置到烘箱中干燥，干燥后降至室溫，然后在研缽中研磨成粉，放入干燥器中待用。

1.2.2 吸附試驗

將改性好的累托石放入錐形瓶中，加入100 mL廢水，混合均勻。然后，將其放入恒溫水浴振蕩器中，室溫下振蕩2 h。用濾紙過濾，取澄清溶液，檢測水中硝酸鹽氮濃度。

1.2.3 正交試驗

影響硝酸鹽氮吸附效果的因素有反應溫度、反應時間、反應體系pH和季銨鹽種類。以廢水中硝酸鹽氮（NO3-）去除率為評價指標，設計4因素、3水平的正交試驗，確定試驗的最佳反應條件。

1.2.4 單因素試驗

研究不同反應溫度、不同反應時間、不同反應體系pH對硝酸鹽氮吸附的影響，確定改性的最佳條件。

1.2.5 其他離子的加入對硝酸鹽氮吸附的影響

吸附試驗均單獨吸附硝酸鹽氮，其間加入不同的陰離子（Cl-、SO42-、PO43-）、陽離子（Mg2+、Ca2+、NH4+），研究這些離子的加入對硝酸鹽氮吸附的影響。

1.2.6 主要檢測指標及檢測方法

主要檢測指標為硝酸鹽氮，采用紫外-可見分光光度法測定。

2 結果與討論

2.1 硝酸鹽氮的標準曲線

以吸光度（x）為橫坐標，以水中硝酸鹽氮濃度（y）為縱坐標，繪制硝酸鹽氮標準曲線，如圖1所示。硝酸鹽氮濃度的擬合公式為y=4.51x+0.069 2。其中，水中硝酸鹽氮濃度的單位為mg/L。

2.2 正交試驗結果分析

正交試驗的因素水平表如表3所示，結果如表4所示。比較每個因素的極差R，極差越大，對應因素的影響越大，因此影響累托石改性效果的因素從大到小依次是季銨鹽種類＞反應時間＞反應溫度＞反應體系pH，影響累托石改性效果的主要因素為季銨鹽種類。

2.3 單因素試驗結果分析

2.3.1 不同季銨鹽對改性效果的影響

反應溫度為60 ℃，反應時間為10 h，反應體系pH為7時，改變試劑種類，研究不同試劑對累托石的改性效果，結果如表5所示。十六烷基三甲基氯化銨和十六烷基三甲基溴化銨對累托石的改性效果差不多，由此推斷累托石的改性效果與季銨鹽中的氯離子或溴離子沒有關系，而與季銨鹽的分子結構有關，十六烷基三甲基氯化銨或十六烷基三甲基溴化銨的改性效果明顯比十四烷基三甲基溴化銨要好，但與十八烷基三甲基溴化銨的改性效果差不多，說明隨著烷基鏈的增長，累托石的改性效果增強，但是碳鏈大于16以后，增加效果不明顯且有下降趨勢。經(jīng)分析，原因可能是隨著碳鏈的增長，分子結構間的孔徑逐漸變大，利于累托石對硝酸鹽氮的吸附，但碳鏈越長，物質(zhì)的極性就會越弱，影響負電子吸收。碳鏈為16時，吸附效果達到最優(yōu)，碳鏈再增長時，吸附效果反而有所減少。因此，試驗采用十六烷基三甲基氯化銨作為累托石的改性試劑。

2.3.2 不同反應時間對改性效果的影響

反應溫度為60 ℃，反應體系pH為7，以十六烷基三甲基氯化銨為改性試劑，改變反應時間，研究其對改性效果的影響，結果如表6所示。隨著反應時間的延長，改性累托石對NO3-的去除率逐漸上升，10 h

后變化趨勢平緩。經(jīng)分析，原因是反應時間越長，季銨鹽陽離子與累托石中的陽離子交換越充分，改性效果越好。

2.3.3 不同反應溫度對改性效果的影響

反應時間為10 h，反應體系pH為7，以十六烷基三甲基氯化銨為改性試劑，改變反應溫度，研究其對改性效果的影響，結果如表7所示。隨著溫度升高，改性累托石對廢水中的NO3-去除率逐漸升高，但趨勢變化平緩。當改性溫度為60 ℃時，NO3-去除率達到79.04%。經(jīng)分析，原因可能是反應溫度越高，季銨鹽與累托石層間的離子交換效果越好，當溫度到達60 ℃后，改性效果的增加就不太明顯，因此反應溫度取60 ℃。

2.3.4 不同反應體系pH對改性效果的影響

反應溫度為60 ℃，反應時間為10 h，以十六烷基三甲基氯化銨為改性試劑，改變反應體系pH，研究其對改性效果的影響，結果如表8所示。

廢水pH對試驗結果的影響不大，隨著pH的上升，硝酸鹽氮的吸附率逐漸上升，該方法常用于廢水的深度處理中，因此pH為中性或弱堿性為好，當pH為7時，NO3-去除率達到79.04%。

2.3.5 對比試驗結果

在最佳試驗條件下，對比累托石改性前后對水中硝酸鹽氮的去除效果，結果如表9所示。由表9可知，在最佳條件下，改性累托石對廢水的NO3-去除率達到79.04%，遠遠高于未改性累托石。

2.4 其他離子對廢水中NO3-去除效果的影響

在廢水中分別單獨加入陰離子（Cl-、SO42-、PO43-）、陽離子（Mg2+、Ca2+、NH4+），按照設計方法進行吸附試驗，結果如表10所示。由表10可知，陽離子對硝酸鹽氮的吸附有一定影響，原因可能是靜電引力作用。

3 結論

正交試驗結果表明，影響累托石改性效果的因素從大到小依次是季銨鹽種類＞反應時間＞反應溫度＞反應體系pH，影響累托石改性效果的主要因素為季銨鹽種類。單因素試驗結果表明，累托石最佳改性條件下，反應溫度為60 ℃，反應時間為10 h，反應體系pH為7，試劑為十六烷基三甲基氯化銨，屠宰廢水中硝酸鹽氮的去除率達到79.04%。

參考文獻

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