制藥畢業(yè)論文

1、 本科畢業(yè)論文利用沸石吸附水中氨氮的研究 專 業(yè) 制藥工程 學(xué) 生 姓 名 陳 勇 班 級(jí) b制藥071 學(xué) 號(hào) 0710309131 指 導(dǎo) 教 師 趙玲玲 專業(yè)系 主 任 蔡照勝 完 成 日 期 2011年06月01日 利用沸石吸附水中氨氮的研究摘要：氨氮是指水中以游離氨（nh3）和銨離子（nh4+）形式存在的氮。實(shí)驗(yàn)研究了人造沸石對(duì)低濃度氨氮的吸附行為,考察了沸石投加量、溫度、吸附時(shí)間、氨氮濃度、溶液ph 值以及ca2+ 、mg2+ 競(jìng)爭(zhēng)陽離子對(duì)人造沸石吸附低濃度氨氮的影響。結(jié)果表明,在投加1.174 g/ 50ml 的人造沸石,ph 值為6 ,溫度為25 , 吸附時(shí)間為40m

2、in的條件下,絲光沸石對(duì)高濃度氨氮的去除率可達(dá)80%以上。ca2+ 、mg2+競(jìng)爭(zhēng)陽離子在一定程度上抑制絲光沸石對(duì)氨氮的吸附。關(guān)鍵詞：沸石 ；水 ；氨氮 ；吸附 ；氨氮use zeolite adsorption of ammonia nitrogen in waterabstract: ammonia nitrogen refers to the water to free ammonia (nh3) and ammonium (nh4+) exists in the form of nitrogen. experimental study the zeolite low concentra

3、tion of ammonia nitrogen adsorption behavior, inspected the zeolite dosing quantity, temperature, time, ammonia nitrogen adsorption, the solution ph value and ca2+ 、mg2+ competition cationic for artificial zeolite adsorption effect of low concentration of ammonia nitrogen. the results showed that, i

4、n the dosing 1.174 g / 50ml man-made zeolite, ph value for 6, the temperature is 25, adsorption time for 40min conditions, to high concentrations of ammonia nitrogen silk zeolite had up to 80%. ca2+ 、mg2+ competition in a certain extent inhibit cationic silk zeolite of ammonia nitrogen adsorption.ke

5、y words: zeolite; water; ammonia nitrogen; adsorption; ammonia nitrogen目 錄1文獻(xiàn)綜述11.1氨氮的基本概況11.2氨氮誘發(fā)的危害11.2.1水體富營(yíng)養(yǎng)化11.2.2影響水質(zhì)及經(jīng)濟(jì)價(jià)值受損21.2.3危害人類及生物生存31.3水體中氮的重要來源31.4我國氨氮廢水概況31.5氨氮廢水處理方法41.6沸石吸附法除去氨氮51.6.1目前研究概況51.6.2沸石去除氨氮的機(jī)理51.6.2.1沸石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)51.6.2.2沸石的高效吸附性能61.6.2.3沸石的陽離子交換性能61.6.2.4沸石去除氨氮步驟71.7沸石去除氨氮效果

6、的影響因素71.7.1沸石去除氨氮效果的影響因素71.7.2接觸時(shí)間對(duì)去除氨氮的影響71.7.3沸石粒徑對(duì)去除氨氮的影響71.7.4 ph值對(duì)去除氨氮的影響71.7.5干擾離子對(duì)去除氨氮的影響81.8本課題的目的及內(nèi)容82實(shí)驗(yàn)部分92.1 實(shí)驗(yàn)藥品及裝置92.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品92.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置102.1.3 實(shí)驗(yàn)方法113 結(jié)果與討論123.1沸石投加量對(duì)氨氮吸附的影響123.2溫度對(duì)沸石吸附氨氮的影響123.3時(shí)間對(duì)沸石吸附氨氮的影響133.4 ph對(duì)沸石吸附氨氮的影響143.5競(jìng)爭(zhēng)性陽離子對(duì)沸石吸附氨氮的影響154 結(jié)論17參考文獻(xiàn)17致謝201文獻(xiàn)綜述1.1 氨氮的基本概況隨著城市人

7、口的日益膨脹和工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，氨氮污染的來源越來越廣泛，排放量也越來越大，氨氮的污染日益嚴(yán)重。氨氮排入水體，特別是進(jìn)入流動(dòng)較緩慢的湖泊、海灣，容易引起水中藻類及其它微生物大量繁殖，形成富營(yíng)養(yǎng)化污染，這除了不但會(huì)造成自來水處理廠運(yùn)行困難，飲用水異味外，而嚴(yán)重時(shí)會(huì)使水中溶解氧下降，魚類大量死亡，甚至?xí)?dǎo)致湖泊的干涸消亡 1。氨氮的存在使給水消毒和工業(yè)循環(huán)水殺菌處理過程中氯量增大；對(duì)某些金屬，特別是對(duì)銅具有腐蝕性；當(dāng)污水回用時(shí)，再生水中的氨氮可以促進(jìn)輸水管道和用水設(shè)備中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水設(shè)備，并影響換熱效率，更嚴(yán)重的是氨氮是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因。氨氮存在于許多工業(yè)廢水中

8、。鋼鐵、煉油、化肥、無機(jī)化工、鐵合金、玻璃制造、肉類加工和飼料生產(chǎn)等工業(yè)，均排放高濃度的氨氮廢水。某些工業(yè)自身會(huì)產(chǎn)生氨氮污染物，如鋼鐵工業(yè)（副產(chǎn)品焦炭、錳鐵生產(chǎn)、高爐）以及肉類加工業(yè)等。而另一些工業(yè)將氨用作化學(xué)原料，如用氨等配成消光液以制造磨砂玻璃。此外，皮革、孵化、動(dòng)物排泄物等廢水中氨氮初始含量并不高，但由于廢水中有機(jī)氮的脫氨基反應(yīng)，在廢水存積過程中氨氮濃度會(huì)迅速增加 2。不同類型的工業(yè)廢水中氨氮濃度千變?nèi)f化，即使同類工業(yè)不同工廠的廢水中氨氮濃度也不完全相同，這取決于原料性質(zhì)、工藝流程、水的耗量及水的復(fù)用等。進(jìn)入水體的氮主要有無機(jī)氮和有機(jī)氮之分。無機(jī)氮包括氨態(tài)氮（簡(jiǎn)稱氨氮）和硝態(tài)氮，氨氮包括

9、游離氨態(tài)氮nh3n和銨鹽態(tài)氮nh4+n。硝態(tài)氮硝酸鹽態(tài)氮no3-n和亞硝酸鹽態(tài)氮no2-n。亞硝態(tài)氮不穩(wěn)定可以還原成氨氮，或氧化成硝態(tài)氮。有機(jī)氮有尿素、氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸、尿酸、脂肪胺、有機(jī)堿、氨基糖等含氮的有機(jī)物。在一定的條件下有機(jī)氮會(huì)通過氨化作用轉(zhuǎn)化成無機(jī)氮。1.2 氨氮誘發(fā)的危害1.2.1 水體富營(yíng)養(yǎng)化氨氮是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素之一,所謂“富營(yíng)養(yǎng)化”是湖泊分類與演化方面的概念，過量的植物性營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷排入水體會(huì)加速水體富營(yíng)養(yǎng)化的進(jìn)程。水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象是指在光照和其它適宜環(huán)境條件情況下，水中含有的植物性營(yíng)養(yǎng)元素氮的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)使水體中的藻類過量生長(zhǎng)，在隨后的藻類植物的死亡以及異樣微生

10、物的代謝活動(dòng)中，水體中的溶解氧逐步耗盡，造成水體質(zhì)量惡化、水生態(tài)環(huán)境機(jī)構(gòu)破壞 23。當(dāng)水體中含n>0.2mg/l，含p>0.02mg/l水體就會(huì)營(yíng)養(yǎng)化。水體營(yíng)養(yǎng)化后會(huì)引起某些藻類惡性繁殖，一方面有些藻類本身有藻腥味會(huì)引起水質(zhì)惡化使水變得腥臭難聞；另一方面有些藻類所含的蛋白質(zhì)毒素會(huì)富集在水產(chǎn)物體內(nèi)，并通過食物鏈影響人體的健康，甚至使人中毒。如海生腰鞭毛目生物（dinoflagellata）的過度繁殖能使海水呈紅色或褐色，即俗稱“赤潮”；溝藻屬（gonyaulax）是形成赤潮的常見種類，它們所產(chǎn)生的毒素會(huì)被貝類動(dòng)物所積累，人體食用后會(huì)引起嚴(yán)重的胃病甚至死亡。水體中大量藻類死亡的同時(shí)會(huì)耗

11、去水體中的溶解氧，從而引起水體中魚蝦類等水產(chǎn)物的大量死亡，致使湖泊退化、淤泥化，甚至變淺、變成沼澤地甚至消亡4。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國平均每年有20個(gè)天然湖泊消亡。我國廣東珠海沿江、廈門沿海、長(zhǎng)江口近海水域、渤海灣曾多次發(fā)生藻類過度繁殖引起的赤潮，造成魚類等水產(chǎn)物大量的死亡，使海洋漁業(yè)資源遭到的破壞，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。例如，2000年9月連云港港口水域發(fā)生嚴(yán)重赤潮，面積達(dá)30多平方公里?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)表明：港區(qū)內(nèi)海水總氮濃度為0.0280.039mg/l，總磷濃度達(dá)0.0720.135mg/l，大大超過海水標(biāo)準(zhǔn)0.0150.045mg/l的含磷值，ph值達(dá)8.4 5。2004年渤海和黃海水域共發(fā)生赤潮25次，累計(jì)

12、發(fā)生面積達(dá)7340平方公里，赤潮發(fā)生次數(shù)和面積分別比2003年增加1.5倍和1倍，而水體一旦富營(yíng)養(yǎng)化后沒有幾十年的時(shí)間是很難恢復(fù)的，有的甚至無法恢復(fù)，如美國的伊利湖是典型的富營(yíng)養(yǎng)湖，科學(xué)家估計(jì)需要100年才能恢復(fù)。1.2.2 影響水質(zhì)及經(jīng)濟(jì)價(jià)值受損通常1mg氨氮氧化成硝態(tài)氮需消耗4.6mg溶解氧。水體中氨態(tài)氮愈多，耗去的溶解氧就愈多，水體的黑臭現(xiàn)象就越發(fā)嚴(yán)重。這就影響了水體中魚類等水生生物的生存，使其易因缺氧而死亡。富營(yíng)養(yǎng)的水質(zhì)不僅又黑又臭，且透明度差（僅有0.2m），往往影響了江河湖泊的觀賞和旅游價(jià)值。隨著改革開放的深入，人民群眾的生活水平日趨提高，旅游已成為人們?cè)絹碓綇V泛的需求。而水質(zhì)優(yōu)良

13、的江河、湖泊、公園是城市景觀的重要組成部分，也是人們生活?yuàn)蕵?、游泳、觀賞、休閑的最佳場(chǎng)所。但我國的大部分湖泊已呈現(xiàn)出不同程度的營(yíng)養(yǎng)態(tài)。有些通常發(fā)黑、發(fā)臭，人們已無法在其中游泳、游覽了，更觀賞不到魚類在其中嬉戲的情景，大大降低了這些湖泊的利用價(jià)值。影響當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?，并且也?yán)重影響當(dāng)?shù)氐穆糜螛I(yè)發(fā)展，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。1.2.3 危害人類及生物生存當(dāng)水體中ph值較高時(shí)。氨態(tài)氮往往呈游離氨的形式存在，游離氨對(duì)水體中的魚及生物皆有毒害作用，當(dāng)水體中nh3-n>1mg/l時(shí)，會(huì)使生物血液結(jié)合氧的能力下降；當(dāng)nh3n>3mg/l在2496h內(nèi)金魚及鳊魚等大部分魚類和水生物就會(huì)死亡。人體若引用

14、了no3-n>10mg/l或no3-n>50mg/l的水，可使人體內(nèi)正常的血紅蛋白氧化成高鐵血紅蛋白，失去血紅蛋白在體內(nèi)的輸氧能力，出現(xiàn)缺氧的癥狀，尤其是嬰兒。當(dāng)人體血液中高鐵血紅蛋白>70%時(shí)會(huì)發(fā)生窒息現(xiàn)象。若亞硝酸鹽長(zhǎng)時(shí)間作用于人體可引起細(xì)胞癌變。經(jīng)水煮沸后的亞硝酸鹽濃縮，其危害程度更大。以亞硝酸鹽為例，自來水中含量為0.06mg/l時(shí)，煮沸5min后增加到0.12mg/l，增加了100%。亞硝酸鹽與胺類作用生成亞硝酸胺，對(duì)人體有極強(qiáng)的致癌作用，并有致畸胎的威脅。美國推薦水中亞硝酸鹽的最高允許濃度時(shí)1mg/l，而我國上海第一醫(yī)院建議在飲用水中的亞硝酸鹽的濃度必須控制在0.

15、2mg/l以下。1.3 水體中氮的重要來源水體中的氮營(yíng)養(yǎng)來源是多方面的，其中人類活動(dòng)造成的氮的來源主要有以下幾方面:（1）未經(jīng)處理的工業(yè)和生活污水直接排入河道和水體：這類污水的氨氮含量高，排入江河湖泊，造成藻類過度生長(zhǎng)的危害最大。城市污水、農(nóng)業(yè)污水，食品等工業(yè)的廢水中含有大量的氮、磷和有機(jī)物質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年施入農(nóng)田的數(shù)千萬噸氮肥中約有一半經(jīng)河流進(jìn)入海洋。美國沿海城市每年僅通過糞便排入沿海的磷近十萬噸。（2）污水處理場(chǎng)出水：采用常規(guī)工藝的污水處理廠，有機(jī)物被氧化分解產(chǎn)生了氨氮，除了構(gòu)成微生物細(xì)胞組分外，剩余部分隨出水排入河道，這是城市污水雖經(jīng)過二級(jí)常規(guī)處理但河道仍然出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化和黑臭的重要

16、原因之一。（3）面源性的農(nóng)業(yè)污染物，包括廢料、農(nóng)藥和動(dòng)物糞便等。1.4 我國氨氮廢水概況我國水資源嚴(yán)重缺乏，人均淡水資源僅為世界平均水平的四分之一，另一方面國內(nèi)主要的河流、湖泊和地下水均出現(xiàn)不同程度污染，而且污染還有加劇趨勢(shì)。據(jù)環(huán)保部門監(jiān)測(cè)，氨氮是主要污染物之一，我國大部分河流、湖泊和近海的水體中氨氮濃度均超過國家三類水的標(biāo)準(zhǔn)，有些甚至達(dá)到劣五類。氨氮對(duì)環(huán)境的主要危害是在進(jìn)入水體后成為藻類等生物的營(yíng)養(yǎng)元素，導(dǎo)致水體中有毒生物在短時(shí)間內(nèi)大量繁殖，同時(shí)消耗水中的溶解氧，產(chǎn)生所謂赤潮或富營(yíng)養(yǎng)化，嚴(yán)重威脅魚蝦生命安全和人畜健康。近年來，由此導(dǎo)致的突發(fā)性環(huán)境污染事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響我國社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展

17、。工業(yè)過程排放的含氨廢水是污染水體并造成水體中氨氮濃度升高的主要點(diǎn)源。對(duì)比在河流、湖泊等層次上進(jìn)行的氨氮污染修復(fù)，從生產(chǎn)源頭減少氨氮生產(chǎn)、提高生產(chǎn)過程的氨循環(huán)利用率，以及提高企業(yè)污水處理廠的氨氮脫除效率，不僅可以大大降低治污成本，而且可以減少氨資源的消耗，是現(xiàn)階段預(yù)防我國江河湖海氨氮污染進(jìn)一步惡化的主要手段。1.5氨氮廢水處理方法在工業(yè)過程中，氨進(jìn)入廢水大途徑主要有兩種：首先是在資源加工過程中，資源中的氮以氨的形式進(jìn)入廢水，如輕工、石化、焦化等行業(yè)；其次，氨作為一種價(jià)格低廉但性能優(yōu)良的酸中和劑，被廣泛用于有色冶金、化工等行業(yè)，但是大部分氨最終并未進(jìn)入產(chǎn)品，而是進(jìn)入廢水。在不同行業(yè)，生產(chǎn)過程排放

18、的工藝廢水中所含氨氮濃度有相當(dāng)大的差別，從每升幾十毫克到超過二萬毫克。雖然已報(bào)道的污水脫氨方法很多，但真正得到工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)較少，主要有空氣吹脫法、蒸氨法、精餾法、生物硝化-反硝化法等、吸附和離子交換法等 6。空氣吹脫法三以空氣為氣提劑，在氣提塔中將堿性水中的分子態(tài)氨從水中脫除，這種工藝可以將濃度在每升幾百到幾千毫克的氨氮廢水處理到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，但它存在的最大問題是氨由水相進(jìn)入大氣后，又造成新的污染。蒸氨法是利用熱源，將水中的氨轉(zhuǎn)變成硫酸銨晶體，這種方法主要處理氨氮濃度較高的廢水，而且不用擔(dān)心設(shè)備結(jié)垢，但缺點(diǎn)是設(shè)備投資較大、能源利用率低，而且只能得到使用價(jià)值不大的硫酸銨。生物硝化-反硝化法三利

19、用硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌將水中的氨轉(zhuǎn)變成氮?dú)?，這種方法在處理低濃度氨氮廢水時(shí)具有較明顯優(yōu)勢(shì)，但處理高濃度氨氮廢水和水中含有毒性物質(zhì)的氨氮廢水尚存在一定難度。精餾法利用多極蒸餾技術(shù)在同一塔內(nèi)將氨從水中分離，一方面將氨濃縮成高附加值濃氨水或液氨，同時(shí)可使水中的氨氮濃度可以降低到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)（15mg/l）。該技術(shù)比較適合處理氨濃度在1000mg/l以上的廢水，但當(dāng)水中含有易結(jié)垢的化學(xué)物質(zhì)時(shí)，傳統(tǒng)精餾工藝容易出現(xiàn)塔內(nèi)件結(jié)垢現(xiàn)象。吸附法和離子交換法由于具有占地面積小,工藝簡(jiǎn)單,操作方便等優(yōu)點(diǎn),常被用于含氨氮污水的處理中。與價(jià)格較貴的離子交換樹脂相比,沸石是一種廉價(jià)的無機(jī)多孔材料, 具有較大的比表面和

20、較強(qiáng)的離子交換能力,尤其是對(duì)氨氮有較高的離子選擇性 711；且沸石粒徑越小,這種性能越明顯 12。利用它去除污水中的氨氮,具有效率高 13,工藝簡(jiǎn)單,處理成本低等特點(diǎn),有著很好的應(yīng)用前景。1.6 沸石吸附法除去氨氮1.6.1目前研究概況迄今，利用沸石吸附法除氨氮的相關(guān)研究報(bào)道較多 1415, 將其用于去除生活污水中的低濃度氨氮很少見報(bào)道。粉末狀沸石在處理低濃度氨氮方面優(yōu)勢(shì)顯著,既能有效地吸附, 又因水中氨氮濃度不高而飽和時(shí)間可以持續(xù)較長(zhǎng)。另外, 沸石吸附飽和后, 可制成沸石氮肥, 有數(shù)據(jù)表明嘆沸石在土壤中解吸速率較慢,有利于作物對(duì)肥料的吸收而提高肥料利用率, 因此,沸石在土壤保水、提高肥效方面

21、有重要的開發(fā)價(jià)值。沸石本身是一種良好的土壤改良劑 1620,因此,可以考慮首先利用沸石吸附氨氮,再用飽和吸附了氨氮的沸石作為土壤改良劑。本文首先對(duì)沸石吸附低濃度氨氮的工藝條件進(jìn)行研究。 1.6.2 沸石去除氨氮的機(jī)理1.6.2.1 沸石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)沸石是一族含堿金屬和堿土金屬離子,具有架狀結(jié)構(gòu)的含水鋁硅酸鹽礦物。其主要含 na、ca 和少數(shù)的 sr、ba、k、mg 等金屬離子。 它的一般化學(xué)式可用(na, k )x (mg, ca, sr, ba)y alx + 2y sin - (x + 2y ) o 2n m h2o 表示, 式中, al 的個(gè)數(shù)等于陽離子的總價(jià)數(shù), o 的個(gè)數(shù)為 al 和

22、si 總數(shù)的 2 倍。沸石是架狀構(gòu)造硅酸鹽礦物, 主要由三維硅(鋁)氧格架組成。硅氧四面體是沸石架狀結(jié)構(gòu)的基本單位, 由一個(gè)處于中心的硅離子和 4 個(gè)分別位于角頂?shù)难蹼x子構(gòu)成, si- si 離子間距離約0.16 nm, o - o離子間距離約為0.26 nm。硅氧四面體中的硅離子可被鋁離子置換,形成鋁氧四面體alo4,其中,al- o離子間距離約為0.175 nm, o - o離子間距離約為0.286 nm。硅氧四面體通過4個(gè)角頂 ( 不能通過四面體的棱和面) 彼此連接, 構(gòu)成硅氧四面體群。每個(gè)硅氧四面體中, si 與 o 之比為 12。若其中部分硅被鋁置換, 因al 是正三價(jià), 在鋁氧四面

23、體中,有一個(gè)氧離子的負(fù)一價(jià)得不到中和,而出現(xiàn)負(fù)電荷.為了平衡這些負(fù)電荷,相應(yīng)就有金屬陽離子加入 21。沸石離子交換選擇性由強(qiáng)到弱順序是: cs+， rb+ ,k+ , nh3 ,na+ , li+ , ca2+ , mg2+ 22。沸石與nh4+ 的交換過程可用式(1) 表示。na+ z- + nh4+ nh4+ z- + na+ (1)其中z代表沸石骨架。1.6.2.2 沸石的高效吸附性能由于硅(鋁)氧四面體連接方式不同, 在沸石結(jié)構(gòu)中便形成很多內(nèi)表面很大的孔穴和孔道, 可以吸附大量分子。各種沸石表面積為 4401030 m2/g, 如此大的表面積, 當(dāng)然具有很好的吸附表面色散力的作用范圍剛

24、好, 所以沸石對(duì)氨氮具有吸附性能。又由于沸石孔穴的直徑為0.61.5nm,孔道直徑為0.31nm, nh4+直徑為0.286 nm (nh3更小), 表面色散力的作用范圍剛好, 所以沸石對(duì)氨氮具有吸附性能。由于氨氮的直徑與沸石孔穴和孔道的直徑相當(dāng), 所以處于沸石孔道和孔穴中的分子受到各方面孔壁的色散力作用,便產(chǎn)生孔壁場(chǎng)迭加, 形成超孔效應(yīng),使其吸引力特別強(qiáng)。另外沸石晶格孔穴中分布有陽離子, 同時(shí)部分格架氧也具有負(fù)電荷,這樣在這些離子周圍便形成強(qiáng)大的電場(chǎng)。沸石因?yàn)橛猩⒘挽o電力的共同作用, 故其對(duì)氨氮具有強(qiáng)大的吸附效應(yīng)。吸附主要是去除廢水中處于分子態(tài)的氨氮 21,23,24。1.6.2.3 沸

25、石的陽離子交換性能因?yàn)榉惺窦苤芯哂嘘栯x子, 所以沸石具有陽離子交換性能。沸石中陽離子的位置, 一般在沸石的孔穴或孔道內(nèi), 在結(jié)構(gòu)比較密集的沸石中, 只有一種陽離子位置, 并為陽離子完全占據(jù)。沸石孔穴的大小, 直接影響離子交換的進(jìn)行。從上面的分析中可知離子態(tài)的氨氮可以通過沸石中的孔道和孔穴而與陽離子進(jìn)行離子交換而被去除 2425。交換后的沸石結(jié)構(gòu)并沒有被破壞,使得沸石具有離子交換的特性。這一特性于1858 年被eichorn 首先發(fā)現(xiàn) 26。1.6.2.4 沸石去除氨氮步驟 氨氮在水中以離子態(tài)nh4+和分子態(tài) nh3兩種形式存在。 沸石去除氨氮主要步驟為: 兩種形式的氨氮自溶液本體向沸石表面遷

26、移, 部分分子態(tài)的氨氮在顆粒外表面動(dòng)態(tài)吸附平衡；顆粒外表面流體界面膜內(nèi)的傳質(zhì)；顆粒內(nèi)的擴(kuò)散和分子態(tài)的氨氮在孔隙內(nèi)的動(dòng)態(tài)吸附平衡；離子態(tài)的氨氮在孔隙表面上的動(dòng)態(tài)離子交換過程平衡；交換后的離子向溶液本體擴(kuò)散 24,27。1.7 沸石去除氨氮效果的影響因素1.7.1 沸石投加量對(duì)去除氨氮的影響大量實(shí)驗(yàn) 28,29,30 研究結(jié)果表明，沸石的去除率與沸石投加量在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)關(guān)系，即氨氮的去除率隨沸石投加量的增加而增長(zhǎng)，當(dāng)沸石投加量達(dá)到一定程度后，氨氮去除率逐漸趨于平緩。本研究結(jié)果與之一致。1.7.2 接觸時(shí)間對(duì)去除氨氮的影響黑宇峰等 31 采用浙江縉云沸石(65目)在 15min內(nèi)對(duì)氨氮去除率達(dá)

27、到66%，與本文結(jié)論有一定偏差。付婉霞等 32 實(shí)驗(yàn)解釋了這一原因，在o-20min時(shí)沸石對(duì)氨氮有明顯去除作用，2030min出現(xiàn)一個(gè)反吐現(xiàn)象，接著去除作用明顯增強(qiáng)。出現(xiàn)反吐及反吐發(fā)生后沸石對(duì)氨氮的去除能力明顯增強(qiáng)的現(xiàn)象，說明前3omin沸石對(duì)氨氮的去除是吸附和離子交換共同作用的結(jié)果，3omin后以離子交換作用為主。1.7.3 沸石粒徑對(duì)去除氨氮的影響研究表明為沸石粒徑越小，其比面積相對(duì)越大，水中nh4+與其接觸的幾率越大，反應(yīng)出來的交換速率越大；而粒徑大的沸石在吸附nh4+過程中易在沸石的外表面達(dá)到動(dòng)態(tài)吸附平衡，和空隙內(nèi)的動(dòng)態(tài)離子交換平衡，因此表現(xiàn)出粒徑大的沸石對(duì)氨氮的吸附量偏低。1.7.4

28、 ph值對(duì)去除氨氮的影響劉玉亮等 33 認(rèn)為ph值為6時(shí)對(duì)氨氮的去除率最高；而李曄等的結(jié)論是ph值在3.5-8時(shí)，對(duì)氨氮的去除率隨ph值的升高而增大 34。劉玉亮等試驗(yàn)所用的沸石來自浙江給云，其結(jié)論與筆者對(duì)給云沸石的試驗(yàn)結(jié)果一致；嚴(yán)剛 35 所用沸石來自甘肅白銀，魏彩春采用a-改性沸石。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于在ph值較低時(shí)， h+的濃度較高，nh4+必須在沸石交換位置上與h+產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)交換，故沸石對(duì)nh4+的去除率較低。當(dāng)水的ph值接近7時(shí)，h+的影響較小，主要表現(xiàn)為沸石對(duì)nh4+的交換吸附，因而沸石對(duì)nh4+的吸附率達(dá)到最高。當(dāng)ph值繼續(xù)升高，水中oh-增多，nh4+易與oh-結(jié)合，形成游離態(tài)的n

29、h3。nh3不帶電，不易與沸石中的na+發(fā)生離子交換，主要依靠沸石的表面吸附作用，故沸石對(duì)nh4+的去除率降低，而且當(dāng)ph值達(dá)到堿性范圍后，nh4+與oh-結(jié)合形成氨氣，溶液中nh4+濃度逐漸變小，從而使水體中nh4+濃度降低。1.7.5 干擾離子對(duì)去除氨氮的影響污水中的部分陽離子會(huì)產(chǎn)生交換競(jìng)爭(zhēng)。在一般的城市污水陽離子組成中，k+為主要的干擾離子，ca2+、mg2+、na+的影響較小，其影響程度隨著濃度的上升呈較為均勻的增加。mc veigh等發(fā)現(xiàn)ca2+、mg2+、na+、k+4個(gè)干擾陽離子中，k+對(duì)nh4+的離子交換過程抑制作用最明顯，可使氨氮的去除率減少20%以上。1.8本課題的目的及內(nèi)

30、容目前，全國環(huán)境污染惡化的趨勢(shì)得到基本控制，部分城市和地區(qū)環(huán)境質(zhì)量有所改善，環(huán)境保護(hù)目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)，但是主要湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問題依然突出，海域赤潮現(xiàn)象頻繁發(fā)生，氨氮是造成富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因之一，各種工業(yè)的迅速發(fā)展也使氨氮的排放量大大增加，所以，國家應(yīng)該將氨氮排放總量納入控制計(jì)劃。含氨氮廢水的治理是目前一直比較難于解決的問題，所以本試驗(yàn)采用過60-80目篩的粉狀沸石吸附處理氨氮廢水，研究沸石投加量,溫度，吸附時(shí)間,ph 等工藝條件以及ca2+ , mg2+競(jìng)爭(zhēng)陽離子對(duì)沸石吸附氨氮的影響, 力求找到一條有效去除污水中氨氮的工藝途徑。2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及裝置2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品實(shí)驗(yàn)所用的沸石來自

31、國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，為人造沸石（ permutit ），它由na2o、al2 o3、sio2及結(jié)晶水組成，其一些基本性質(zhì)如表1-1.表1-1 人造沸石（permutit）的一些基本性質(zhì)化學(xué)式na2o·al2 o3·x sio2·y h2o目6080cp/apcp(化學(xué)純)技術(shù)條件符合q/cydz 63-2005性狀不規(guī)則乳白色結(jié)晶顆粒度試驗(yàn)55.0%灼燒失重15.030.0%水可溶物1.5%鈣離子交換能力/(mg/g)23.0實(shí)驗(yàn)中用到的另外一種主要藥品為氯化銨（ammonium chloride），它來自江蘇彤晟化學(xué)試劑有限公司，其一些基本情況和性質(zhì)如表1

32、-2及表1-3.表1-2 氯化銨（ammonium chloride）的一些基本性質(zhì)分子式nh4cl分子量53.49cp/apap(分析純)含量（nh4cl）99.5%ph (50g/l,25)4.55.5批號(hào)091101技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)符合gb/t 658-2006通過iso 9001 質(zhì)量體系認(rèn)證通過iso 14001 環(huán)境體系認(rèn)證表1-3氯化銨（ammonium chloride）雜質(zhì)最高含量水不容物0.005%澄清度試驗(yàn)/號(hào)3灼燒殘?jiān)ㄒ粤蛩猁}計(jì)）0.02%硫酸鹽（so42-）0.005%磷酸鹽（po43-）0.0005%鈉（na）0.005%鈣（ca）0.001%鐵 (fe)0.0005%鎂

33、 (mg)0.001%鉀 (k)0.005%其它藥品的基本情況見表1-4表1-4實(shí)驗(yàn)中其它藥品的情況藥品生產(chǎn)廠家無水氯化鈣（cacl2）上?；瘜W(xué)試劑總廠所屬上海試劑四廠無水硫酸鎂（mgso4）上海化學(xué)試劑總廠所屬上海試劑四廠氧化鈉（naoh）無錫市龍吉利化工試劑有限公司硫酸（h2so4）宜興市第二化學(xué)試劑有限公司納氏試劑自行配置酒石酸鉀鈉上海市申翔化學(xué)試劑有限公司2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置表2-1實(shí)驗(yàn)裝置儀器名稱生產(chǎn)廠家uv-9200紫外分光光度計(jì)北京瑞利分析儀器公司電子分析天平shimadzu(日本島津公司)hzs-ha水浴振蕩器哈爾濱市東明醫(yī)療儀器廠hh.s精密恒溫水浴鍋江蘇金壇市醫(yī)療儀器廠2.

34、1.3 實(shí)驗(yàn)方法（1）沸石吸附氨氮實(shí)驗(yàn):參照生活污水中的氨氮平均濃度, 配制濃度為45 mg/l的氨氮模擬廢水。分別移取50ml的模擬廢水若干份于100ml的燒杯中,用1mol/l的naoh和h2so4調(diào)節(jié)其ph值, 各加人一定量的沸石。將以上樣品攪拌一定時(shí)間后, 過濾,分別加入1ml酒石酸鉀鈉、1.5ml納氏試劑。（2）打開uv-9200紫外分光光度計(jì)，將其后面指針撥到“vis”（可見光），預(yù)熱半個(gè)小時(shí)后將波長(zhǎng)調(diào)至420nm處，測(cè)定其吸光度。（3）ca2+ 、mg2+沸石吸附氨氮的干擾實(shí)驗(yàn)：在上述氨氮模擬廢水中分別加人ca2+ 、mg2+,參照硬水中的鈣鎂離子的平均濃度, 濃度分別設(shè)定為28

35、mg/l, 進(jìn)行沸石吸附氨氮的實(shí)驗(yàn), 方法同(1)。（4）分析方法: 氨氮的分析采用納氏試劑分光光度法；ph值采用精密ph試紙測(cè)定。3 結(jié)果與討論3.1 沸石投加量對(duì)氨氮吸附的影響在25, ph=6, 吸附時(shí)間為40min的條件下, 沸石投加量對(duì)氨氮去除率的影響見圖3-1。從圖-1可看出, 隨著沸石投加量的增加, 氨氮去除率逐漸上升。沸石投加量為1.1741g/50ml時(shí), 氨氮去除率為82.04%；但是隨著投加量的增加, 氨氮去除率上升的趨勢(shì)變得緩慢。這是因?yàn)榧尤氲姆惺吭蕉?沸石上可用的吸附交換位置越多,它們可吸附的nh4+ 也就越多,但是,溶液中nh4+ 的量是一定的,它所需要的沸石的吸

36、附交換位置也是一定的;所以,隨著沸石用量的繼續(xù)增加,溶液中氨氮去除率的增加逐漸變緩。本文后續(xù)實(shí)驗(yàn)中采用的沸石投加量均為1.1741g /50ml。3. 2 溫度對(duì)沸石吸附氨氮的影響在50 ml 氨氮濃度為45 mg/ l ,ph值均為6.0 的溶液中,各加入1.1741g 沸石,將樣品置于不同溫度條件下振蕩吸附40min ,研究溫度對(duì)氨氮去除率的影響,結(jié)果見圖3-2。當(dāng)溫度由10 上升到25 時(shí),氨氮的去除率增加得都較快。這是因?yàn)闇囟仍礁? nh4+ 離子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能越大,越容易進(jìn)入沸石的孔穴和孔道,沸石吸附的氨氮量越多,氨氮去除率越大。溫度大于25 時(shí),氨氮去除率繼續(xù)增加,可是增加的趨勢(shì)變緩。由

37、此可見,沸石吸附氨氮受溫度的影響,在1025 范圍內(nèi),溫度升高有利于沸石對(duì)氨氮的吸附;在常溫條件下,沸石可以對(duì)氨氮有較好的吸附作用。3.3 時(shí)間對(duì)沸石吸附氨氮的影響在50ml濃度為45mg/ml, ph為6的氨氮模擬廢水中, 加人1.1741g沸石, 將樣品置于25下的hh.s精密恒溫水浴鍋，并適時(shí)攪拌, 研究時(shí)間對(duì)沸石吸附氨氮的影響, 結(jié)果見圖3-3。從圖3-3可以看出, 沸石吸附氨氮是一個(gè)非常迅速的過程。在吸附的初始階段, 大部分的氨氮被沸石吸附, 溶液中的氨氮濃度降低很快。 經(jīng)過40min時(shí)長(zhǎng)的吸附, 沸石對(duì)氨氮的去除率達(dá)到81.32%；當(dāng)吸附時(shí)間大于40min是，氨氮去除率的增加逐漸緩

38、慢, 基本達(dá)到平衡。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是最初沸石結(jié)構(gòu)中所有的吸附交換位置是空的, 廢水中氨氮濃度梯度較高,吸附交換速度非常快,溶液中氨氮去除快；后來，由于吸附交換位置被占據(jù),氨氮的去除速率逐漸降低,沸石對(duì)氨氮的吸附逐漸達(dá)到平衡。在目前的實(shí)驗(yàn)條件下,沸石經(jīng)過40min的吸附作用可使氨氮濃度會(huì)很低,能 達(dá)到生活污水中氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)。由此可見,人造沸石吸附污水中氨氮是一個(gè)較快的過程,并且對(duì)氨氮的去除率高。因此，本實(shí)驗(yàn)中吸附時(shí)間可選為40min。3.4 ph對(duì)沸石吸附氨氮的影響在50ml濃度為45mg/l的氨氮模擬廢水中, 加人1.1741g的沸石, 將樣品置于25下的hh.s精密恒溫水浴鍋，并適時(shí)攪拌

39、將, 研究溶液ph值對(duì)沸石吸附氨氮的影響,結(jié)果見圖3-4。由圖3-4可看出； ph < 6. 0 時(shí),溶液的氨氮去除率較低，ph在6左右時(shí), 氨氮去除率較高，并大于80.00%；ph > 6.2 時(shí),隨ph值升高,氨氮去除率逐漸降低。水中的氨氮有兩種存在形式：nh4+和nh3·h2o，存在如下的可逆反應(yīng)nh3·h2o = nh4+ + oh+ (2)當(dāng)ph小于6.0時(shí), 溶液中的氫離子濃度增加, 其與溶液中的nh4+形成對(duì)沸石的競(jìng)爭(zhēng), 不利于氨氮的去除；ph大于6.0時(shí)，隨著溶液ph值的升高, nh3·h2o 形式的氨氮增多, 亦不利于沸石對(duì)氨氮的吸附

40、；可見, 溶液中的ph值對(duì)沸石吸附氨氮的過程有一定的影響, 因此本實(shí)驗(yàn)中ph值可選為6.0。3.5 競(jìng)爭(zhēng)性陽離子對(duì)沸石吸附氨氮的影響要將沸石吸附氨氮的工藝技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際污水的處理,必須考察干擾離子的影響。鈣鎂離子是污水中常見的離子,因此它們對(duì)沸石吸附氨氮有影響。從圖3-5可以看出, 在鈣離子濃度為28mg/l時(shí), 沸石對(duì)氨氮的去除率降低了約3.95%(平均值)。從圖3-6可以看出, 在鎂離子濃度為28mg/l時(shí), 沸石對(duì)氨氮的去除率降低了約1.92%(平均值)。由此可見鈣離子、鎂離子均對(duì)沸石吸附氨氮產(chǎn)生了一定的抑制作用, 使沸石吸附的能力降低, 這是因?yàn)殁}離子、鎂離子的半徑與nh4+ 的半徑接

41、近。比較圖3-5和圖3-6 還可以觀察到, 鈣離子對(duì)絲光沸石吸附nh4+ 的抑制作用強(qiáng),這與沸石對(duì)陽離子選擇性交換的順序相吻合。4 結(jié)論（1）人造沸石具有較強(qiáng)的吸附低濃度氨氮的能力。在沸石投加量為1.174 g/ 50ml, 溫度為25,溶液ph值為6.0, 吸附時(shí)間為40min的條件下,對(duì)初始濃度為45mg/ml的氨氮模擬廢水,其去除率可達(dá)到80%以上。（2）廢水中鈣離子、鎂離子對(duì)人造沸石吸附nh4+有一定的抑制作用（其中鈣離子的抑制作用大些）, 但不明顯。參考文獻(xiàn)1沈耀良,王寶貞.廢水生物處理新技術(shù)理論與應(yīng)用m.中國環(huán)境科學(xué)出版社,2000:11-802錢易,唐孝炎.環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)性發(fā)展

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