废水深度脱氮除磷技术.doc

精品整理 废水深度脱氮除磷技术 　　近年来，随着我国经济的快速发展，大量处理不彻底的生化尾水排入河流、湖泊中，使水体中氮磷元素大量积聚，造成水体富营养化。因此，废水的脱氮除磷深度处理十分必要。常用的脱氮除磷深度处理技术主要有人工湿地法、吸附法、离子交换法、膜分离法、混凝沉淀法等。在实际应用中，脱氮和除磷一般分开进行，采用不同的药剂进行混凝去除，导致处理系统的繁复和费用的增加。 　　沸石是自然界广泛存在的一种呈骨架状结构的多孔性硅铝酸盐晶体，具备较强的阳离子交换能力和物理吸附能力，可有效吸附去除污水中的氨氮和重金属离子。十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)作为阳离子表面活性剂因其表面疏水长碳链的相互作用，可有效提高沸石对水中有机物和金属离子的去除效率。此外，研究表明，稀土元素改性剂(如氧化镧、氯化镧)可以提高沸石对水中磷酸盐和氟的去除能力。 　　本研究选用人造沸石作为基体，利用HDTMA及氯化镧(LaCl3)溶液对其进行改性，使其在优秀的选择吸附作用外增加了同步脱氮除磷功能，为废水的深度脱氮除磷提供一种新方法。 　　一、实验部分 　　1.1 材料、试剂和仪器 　　人造沸石：国药集团生产，化学纯，20~40目，颗粒度≥70.0%，灼烧失量15.0%~30.0%，可溶性盐类质量分数≤1.5%，钙离子交换能力≥15.0mg/g。 　　HDTMA，LaCl3，NH4Cl，KH2PO4：分析纯。实验验用水为去离子水。 　　梅特勒AL-204型电子天平：梅特勒-托利多公司；SHZ-82型气浴恒温振荡箱：江苏盛蓝仪器制造有限公司；75系列紫外-可见分光光度计：上海光谱仪器有限公司；DSX-18L型手提式高压蒸汽灭菌锅：上海申安公司；7310型pH计：德国WTW公司；S-3400NⅡ型扫描电子显微镜：日本Hitachi公司；miniX型比表面积测定仪：日本麦奇克拜尔公司；NicoletiS10型傅里叶变换红外光谱仪：ThermoScientific公司；X’TRA型X射线衍射仪：瑞士ARL公司；Pyris1型热重分析仪：美国PE公司。 　　1.2 复合材料的制备 　　将一定质量浓度的HDTMA溶液与一定质量浓度的LaCl3溶液按一定的体积比(以下记为VH∶VL)混合，配制成混合改性溶液。取适量人造沸石，用去离子水漂洗后烘干。取上述预处理过的人造沸石3g，按一定的固液比(g/mL)加入混合改性溶液，置于振荡器(温度25℃、转速150r/min)中恒温振荡90min，过滤、烘干(110℃)，最后置于120℃马弗炉中煅烧8h，即得到改性沸石复合材料。采用SEM，BET，EDS，FTIR，XRD和TG技术对改性沸石进行表征。 　　1.3 废水的吸附处理 　　采用NH4Cl和KH2PO4配制模拟废水。取100mL废水于250mL锥形瓶中，投加上述改性沸石2g/L，室温下以150r/min转速振荡40min，静置20min。取上清液，分别采用纳氏试剂分光光度法和钼酸铵分光光度法测定NH4+-N和TP浓度，计算其去除率。 　　二、结果与讨论 　　2.1 HDTMA质量浓度对吸附效果的影响 　　在改性溶液体积比为1∶5、固液比为1∶60、LaCl3质量浓度为5g/L的条件下，考察HDTMA质量浓度对吸附效果的影响，废水的初始NH4+-N和TP的初始质量浓度分别为22.74mg/L和2.73mg/L，结果如图1所示。 　　由图1可知，不同质量浓度HDTMA条件下制备的改性沸石对废水中NH4+-N和TP的去除率均高于人造沸石，且当HDTMA质量浓度逐渐增加(2~12g/L)时，NH4+-N和TP的去除率随之增大，氨氮去除率由65.70%提高至94.28%，TP去除率由0.77%提高至87.96%。研究表明，当HDTMA质量浓度逐渐增加时，由于HDTMA结构中疏水长碳链间的相互作用，易在沸石表面形成较为稳定的双分子层结构的带正电荷的絮状体或胶束，使得沸石表面的正电荷大幅增加；同时，由于不能进入沸石孔穴内部，HDTMA分子仅在沸石表面发生作用，从而保留了沸石内部阳离子与无机阳离子进行交换的能力。CHUTIA等对HDTMA改性丝光沸石和斜发沸石去除废水中的砷进行了研究，发现当表面活性剂浓度超过临界胶束浓度(CMC)时，会在沸石表面形成一种类似于胶束的具有双层结构的覆盖物，这种胶束具有较高的活性，提高了改性沸石对阴离子的吸附能力。当HDTMA的质量浓度为12g/L时，改性沸石对废水中NH4+-N和TP的吸附能力达到最大；继续增大HDTMA质量浓度，NH4+-N和TP的去除率均略有下降，这与姚景等的实验结果一致，原因可能是过多的HDTMA堵塞了沸石的部分孔穴。 　　2.2 LaCl3质量浓度对吸附效果的影响 　　在改性溶液体积比为1∶5、固液比为1∶60、HDTMA质量浓度为