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氢氧化钠粉改性煤灰对废水中氨氮处理的探讨

时间:2016-07-28来源: 作者: 点击: 74次


摘 要:选用氢氧化钠作为改性剂,对粉煤灰进行改性,通过研究去除污废水中氨氮的去除率, 确定了氢氧化钠作为改性剂的最佳用量,其用量为3 mol /L,用此改性粉煤灰,研究其对废水中氨氮的去除效果, 考察了改性粉煤灰的用量,反应温度,反应时间,溶液PH值对去除率的影响,得到粉煤灰处理污废水中氨氮的最佳条件, 改性粉煤灰投加量3 g,搅拌温度35 ; 溶液 pH 值为 7; 搅拌时 30 min.得到最佳效果去除率达67.4%

关键词:粉煤灰;氨氮;氢氧化钠;去除率

Study on Treatment of Ammonia Nitrogen in Wastewater by Modified Fly Ash with Sodium Hydroxide  

WU Liang-Biao 1, WANG Jian-Rong2

1 Department of Petrochemical Engineering,Lanzhou Petrochemical College of Technologe,Gansu Lanzhou730060,China

2 Lanzhou Petrochemical Company,Gansu Lanzhou730060,China;)

 

Abstract: This paper selected sodium hydroxide to modify the fly ashthrough the removal rate of ammonia nitrogen in wastewater .The optimum dosage of sodium hydroxide as modifier was determined. ,The dosage was 3 mol /L, Study on the removal effect of ammonia nitrogen in Wastewater , The dosage of modified fly ash was investigated.; reaction temperature;

reaction times; Effect of pH value of solution on removal rate.The the best condition of the ammonia nitrogen in wastewater treatment was optimized just as follows: modified fly ash ( 3 g) ,reaction temperature ( 35) pH value( 7) ,reaction times( 30 min) .The best removal rate was 67.4% .

Key words: fly ash; ammonia nitrogen;sodium hydroxide; removal rate



    现代工业发展和人类频繁活动,对水体中氮、磷污染的排放,引起了水体富营养化。从 2004年中国各行业废水排放结构来看, 全国废水排放总量为 482. 4亿吨,其中工业废水排放量 221. 1亿吨, 占废水排放总量的 45. 8%; 废水中氨氮排放量 133. 0万吨, 其中工业氨氮排放量 42. 2万吨, 占氨氮总排放量的 31. 7%[1]

    目前氨氮废水处理技术主要有物化法、生物法和化学法。物化法有氨吹脱法、膜分离法、离子交换法等.本文研究用粉煤灰改性来处理氨氮废水。

    粉煤灰是煤经高温燃烧后形成的类似火山灰质的材料,主要由氧化硅氧化镁 氧化锌 氧化铝 氧化钙 氧化钠以及硫铁 锰 磷的氧化物等组成, 其外观与普通水泥相似.属于烧黏土质人工火山灰材料。粉煤灰堆密度550~650kg/m3,密度小, 孔隙率60%~70%,比表面积大,为2500~5000cm2/g 在其表面空隙较多, 是一种多孔性的碳粒, 在碳粒的内部有莫来石石英等硅酸盐和玻璃体, 其表面存在着大量的Si-O -Si 键, 遇水后,可在粉煤灰表面形成羟基, 使粉煤灰具有亲水性、吸附性和表面化学活性.因其具有孔隙多 比表面积大和铝硅等活性位点, 使得粉煤灰具有一定的吸附 沉降和絮凝能力[2-4],本文通过氢氧化钠对粉煤灰的改性, 探讨其处理污废水中的氨氮的条件.

实验原理

1.1,氢氧化钠改性粉煤灰的原理

氢氧化钠破坏了粉煤灰的硅氧键 铝氧键,释放出大量的活性基团, 并促使了粉煤灰形成了钠型沸石NaY,由NaY沸石和废水中氨氮交换生成NH4Y沸石 ,从而去除了废水中的氨氮,达到净化的目的[5]

1.2 粉煤灰的预处理

取来粉煤灰置于盆中,用自来水清洗,静置片刻,使泥水分离,除去上层污水,下层粉煤灰于100℃烘箱中烘干,取出研磨至碎,备用[6]

1.3 氢氧化钠用量的确定

分别配制浓度为 0 1 2 3 56 mol /L 的氢氧化钠溶液各500 mL, 各加入预处理后粉煤灰50 g,恒温90 ℃,搅拌 4 h, 再用蒸馏水将粉煤灰清洗至中性,烘干, 过100 目筛, 备用.

各取改性粉煤灰2 g 置于装有六种浓度氢氧化钠的锥形瓶中,加入100 mL 质量浓度为 20mg /L 的氨氮废水, 用水浴恒温振荡器振荡搅拌30min, 离心过滤, 取滤液进行分析测定.如图1所示:

Fig.1 The relationship between the concentration of sodium hydroxide and the removal rate of ammonia nitrogen 

 

由图1可见, 没有改性的粉煤灰对氨氮也有去除作用,这是由于粉煤灰的吸附作用的结果;改性的粉煤灰随氢氧化钠浓度的不断升高, 改性效果越来越好, 氨氮去除率在不断提高, 当氢氧化钠浓度超过3 mol /L 以上时, 粉煤灰对氨氮的去除率开始下降, 这是因为, 粉煤灰合成沸石的量有限,氢氧化钠过量,会使氨替换掉钠的能力下降,破坏粉煤灰及所形成的沸石中的一些活性成分.

由图1 可知. 在氢氧化钠浓度为 3 mol /L 时,氨氮的去除率达到最大值, 为 64.7%

2 实验材料和方法

2.1 试剂   氢氧化钠(化学纯,富凯化工有限责任公司).盐酸(化学纯,天津海环净水剂有限公司),粉煤灰(自制)。

仪器:恒温水浴,UV1801分光光度仪

实验:取100ml含氨氮20mg/L的废水,加入改性粉煤灰数克,调节PH到规定值,恒定温度,搅拌一定时间,离心过滤,取滤液,用分光光度法测定剩余氨氮含量。

3 改性粉煤灰处理废水结果讨论

3.1 改性粉煤灰加入量与去除率的关系

    分别取改性粉煤灰123456g,分别加入到含氨氮20mg/L 废水100毫升,用盐酸调节PH=8,恒温30℃,搅拌20min,离心过滤,取滤液测定剩余氨氮含量,结果如图2所示:

       图2  改性粉煤灰加入量与去除率的关系

Fig.2  Relationship between the amount of modified fly ash and the removal rate

 

    由图2可见,改性粉煤灰的加入量对去除率影响比较大,加入量越多去除率越大,但加入量大于3g以后,去除率基本上没有太大变化,可见过多的加入粉煤灰意义并不大,故,本实验选3g为最佳用量。

3.2 反应温度对去除率的影响

    取含氨氮20mg/L 废水100毫升,加粉煤灰3g,改变温度:25℃,35℃,45℃,55℃,65℃。调节PH=8,搅拌20min,离心过滤,取滤液测定去除率,结果如图3所示:

          图3 反应温度对去除率的影响

Fig.3  Effect of reaction temperature on removal rate

    如图3所示,随着温度的升高,去除率提高很快,35℃时达到最大值,温度再升高时,去除率下降,温度越高,下降越厉害,这是由于氨交换到沸石上后,由于高温下,会脱去一个氨分子,进入溶液。使去除率下降。所以反应时温度不能太高。本实验我们采取35℃为实验温度。

3.3  反应时间对去除率的影响

    取含氨氮20mg/L 废水100毫升,加粉煤灰3g,恒定温度:35℃。调节PH=8,改变搅拌时间:20min,30min40min50min60min,离心过滤,取滤液测定去除率,结果如图4所示:

          图4 反应时间对去除率的影响

Fig.4  Effect of reaction time on removal rate

    如图4所示,搅拌时间延长有利于去除率的提高,搅拌30min达到最高点,时间再延长,去除率开始下降,时间越长,下降越厉害。这是由于搅拌会产生热量,使交换到粉煤灰上的氨离子脱下氨分子进入溶液,使去除率下降。故搅拌30min为最佳时间。

3.4  PH值对去除率的影响

    取含氨氮20mg/L 废水100毫升,加粉煤灰3g,恒定温度:35℃。改变PH56789, 搅拌时间:30min,离心过滤,取滤液测定去除率,结果如图5所示:

            图5  PH值对去除率的影响

Fig.5 The effect of pH value on the removal rate 

    有图5可以看出在碱性条件下对去除率是不利的,这可能是由于碱与交换上去的氨离子作用,产生氨分子而脱离沸石。使去除率下降。本实验选用PH =7为实验PH值。

4

    根据以上实验,我们确定了改性粉煤灰去除废水中氨氮的最佳条件:改性粉煤灰所用氢氧化钠浓度为3mol/L, 改性粉煤灰投加量 3 g, 搅拌温度35 ; 溶液 pH 值为7; 搅拌时间为30 min.此条件下,废水中氨氮去除率可达67.4%

    本实验为研究性实验,可为进一步研究提供参考。


 

 

 

参考文献:

[1] 郝瑞刚,谭燕妮,陈春燕. MAP 法去除焦化废水氨氮[J].科技情报开发与经济, 2006 , 12( 2): 144-146.

[2] 叶爱英,徐景峰. 粉煤灰的改性 成型及深度除磷应用[J].化工环保,2013,33: 84 - 86.

[3] 张仁志,褚华宁,等 .氨氮废水处理技术的发展[J]. 中国环境管理干部学院学报, 2005, 15( 3) : 91-94.

[4]陈莉荣,李玉梅,杜明展. 改性粉煤灰吸附稀土废水中的氨氮[J]. 环境工程学报,2013,7( 2) : 518-522.

[5]史豪杰,买文宁,姚 萌等.粉煤灰深度处理制药废水实验研究[J].环境工程,2013,31( 1) : 1 - 4.

[ 6] 方建章,黄少斌 .化学沉淀法去除水中氨氮的试验研究[J] . 环境科学与技术, 2002, 25( 5) : 34-35.

 

 

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