柠檬酸钠改性净水污泥制备吸附剂及其去除氨氮研究

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过量的氨氮进入水体后会引起藻类异常繁殖,导致水质下降和影响环境卫生。吸附法具有低能耗、高效等特点,是去除水中氨氮的有效方法之一。净水污泥含有丰富的土壤颗粒、铁铝氧化物等物质,其表面粗糙、多微孔,还含有大量的Fe、Al、Si的活性位点,因此对水中污染物有较好的吸附效果。本实验以净水污泥为原料,在不同的焙烧和改性条件下,通过研磨-改性-造粒-焙烧等工艺制备改性颗粒吸附剂,以氨氮吸附量为衡量指标,筛选得到最优的改性颗粒吸附剂,探究其对水中氨氮的静态和动态吸附性能。(1)净水污泥的焙烧实验结果表明,在500℃下焙烧5h时比表面积和吸附量达到最大,分别为50.61m~2/g和0.695mg/g。净水污泥的改性实验结果表明,采用浓度为0.5mo1/L的柠檬酸钠溶液改性效果最佳,吸附量可达1.926mg/g,为未改性原泥的2.77倍。(2)EDX表征结果表明,净水污泥的主要元素组成为O、Si、Al、C,经柠檬酸钠改性后,Na+通过置换作用引入净水污泥中。BET和SEM表征结果表明,与原泥颗粒吸附剂相比,改性颗粒吸附剂的表面片层数量变多且更加疏松,孔径、总孔容和比表面积增大。XRD表征结果表明,原泥和改性颗粒吸附剂的主要物相组成为Si O2和Al2O3。(3)原泥和改性颗粒吸附剂吸附氨氮的影响因素实验结果表明,两种颗粒吸附剂的饱和吸附时间分别为4h和6h,最适投加量分别为60g/L和20g/L,溶液最佳pH为7。当溶液中存在Zn2+和Al3+时,对氨氮吸附的影响较大。(4)原泥和改性颗粒吸附剂对氨氮的吸附均符合Langmuir模型,表明吸附属于单分子层吸附,由分离因子RL值可知,氨氮在两种颗粒吸附剂上的吸附为有利吸附。动力学拟合结果表明,氨氮在原泥和改性颗粒吸附剂上的吸附过程对准二级动力学模型的拟合程度较高,说明该吸附过程为化学吸附。由准二级动力学模型计算吸附的初始速率h0值可知,改性颗粒吸附剂吸附氨氮的初始速率高于原泥颗粒吸附剂。(5)再生和重复利用实验表明,改性颗粒吸附剂的最佳再生液为0.1mol/L的NaOH溶液,解吸率可达92.22%。吸附饱和的改性颗粒吸附剂经过5次解吸和回用后,对氨氮的吸附率仅下降了6.53%。(6)改性颗粒吸附剂对氨氮的动态吸附实验结果表明:改性颗粒吸附剂填充的玻璃柱对氨氮有较好的吸附效果,当增大氨氮初始浓度和进水流速时,吸附柱的穿透时间和对氨氮的去除率减小;当增大吸附柱高度时,穿透时间和去除率均增大。因此,较高的吸附柱高度、较低的氨氮初始浓度和进水流速有利于吸附。BDST模型和Thomas模型能较好地描述吸附柱对氨氮的动态吸附过程,可通过BDST模型预测改变氨氮浓度时的穿透时间,Thomas模型可评估不同初始条件下吸附柱对氨氮的理论吸附量。综上,将净水污泥改性制备颗粒吸附剂,具有成本低、吸附性能好和可回收利用等优点,在氨氮废水的处理中有很好的应用前景。
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