改性沸石在河道治理中氨氮吸附-脫附工藝的研究
發布日期:2020-06-08       / 268

摘要:應用改性沸石對河道水體進行深度處理,能夠十分有效地將其中所含中低濃度氨氮(~15 mg/L)降至到1 mg/L以下,達到《地表水環境質量標準》GB3838-2002中III類水氨氮水平。本文研究了在處理水體中氨氮時,停留時間、上升流速等對吸附的影響,同時考察了次氯酸鈉氧化法與電化學氧化法對沸石脫附液再生的效果

1 停留時間與上升流速對吸附的影響

改性沸石吸附氨氮是一個進行離子交換的化學吸附過程。在吸附過程中,水中的NH4+離子與沸石發生接觸碰撞,在碰撞時,固水界麵有機率發生界麵相互作用,由於沸石對NH4+離子的總交換容量在一般在50 – 220 mmol/100 g,高於沸石表麵的Na+的交換勢[5],NH4+會與Na+發生離子交換作用,吸附到沸石表麵,由此完成氨氮從水中的脫離。所以,NH4+離子與沸石表麵的有效接觸與傳質效率就變得很重要。

要得到高的氨氮吸附,就必須使兩者由足夠時間的進行交換反應,同時,適合的上升流速能使得廢水中NH4+與沸石發生碰撞,一定條件下形成紊流,讓進水的實際水流路徑與流速大於表觀上升路徑與流速,有助於NH4+離子向沸石表麵的傳質。

對此,本文對河道水在吸附塔中的停留時間與上升流速對出水氨氮的影響進行了研究。九遊會國際首先在不同停留時間下,上升流速固定為6 m/h,采用連續進水處理工藝進行實驗。經過實驗發現,停留時間為20、30、40、50、60 min對應的處理出水氨氮濃度為1.32、0.96、0.72、0.51、0.39 mg/L,隨著停留時間的增加,出水氨氮的濃度隨之減少。停留時間達到30 min即可達到所需水質要。但由於這個停留時間下出水氨氮為0.96 mg/L,盡管在目前河道進水水質下(≤ 16.3 mg/L),但若發生較明顯得負荷衝擊,極易排放超標。為了出水氨氮穩定< 1 mg/L,將停留時間選擇為40 min。

接著,在固定40 min的停留時間下,進行了不同上升流速下的連續進水處理實驗。結果表明在2、4、6、8、10 m/h的上升流速下,出水氨氮濃度為1.03、0.81、0.72、0.46、0.21 mg/L。與停留時間一樣,在一定範圍內,上升流速越大,處理效率越好,但考慮到若這兩者都選擇較大的值,則整個塔的尺寸與串聯塔的個數都會過大,所以,選擇4 m/h上升流速與40 min分鍾停留時間為優化操作參數。

2 氨氮的脫附與脫附液的再生

利用改性沸石吸附的氨氮並沒有從本質上被分解,NH4+在沸石表麵不斷占據吸附活性位點,當這些位點,特別是活性高的位點被占據後,沸石剩餘的吸附能力將不能滿足達標的要求。此時,就需要進行脫附以及對脫附液的再生處理,從根本上分解氨氮。在氨氮的脫附工藝中,采用一定的濃度NaCl溶液浸泡法,利用高倍數的Na+的離子交換勢將吸附在沸石表麵的NH4+置換下來。在沸石吸附能力不達標,即出水氨氮值接近1.0 mg/L(>0.95 mg/L)時,對沸石進行脫附。經過濃度分別為10%、12.5%、15%的NaCl溶液,沸石吸附容量的回複值分別為74.2%、80.8%、89.4%,並且在其後的10個周期的吸附容量不發生明顯下降,與第一次脫附後相比,下降比例不超過3%。

而對於脫附液的再生,研究對比了NaClO氧化法與電化學法兩個方法。NaClO氧化法采用NaClO與氨氮摩爾比為1.8 – 2 : 1的投加比例,攪拌反應12 h,通過這個方法可將NaCl溶液中的氨氮降低至0.6 mg/L以下,並且餘氯不超過0.1 mg/L。電化學氧化法為連續進水處理方式,在本研究中采用的槽壓為6 – 8 V100 - 120 A/m2的電流密度,裝置中的溶液流速為0.2 - 0.4 m/s,電化學法利用陽極反應將水中的Cl-催化氧化為ClO•-通過自由基將氨氮氧化為N2H2O,除氨效率也達99.5%以上,氨氮餘量僅為0.1 mg/L左右。

結論與展望

本研究驗證了改姓沸石吸附後對河道水體的治理,在優化的操作條件下,出水氨氮可穩定保持《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)III類水標準,且有操作難度較低的脫附與脫附再生的過程可供選擇。

--範佳奇