废水除氨的方法主要包括:好氧-厌氧生物法、吸附法、蒸氨法、折点加氯法、化学沉淀法等。蒸氨法是目前常用的高浓度氨氮废水处理方法,具有设备简单、可回收铵盐等优点,但是能耗较高,降低了企业处理废水的积极性。生物法对高浓度氨氮的处理效果较差,并且无法有效回收资源。吸附法具有工艺简单、成本较低等优点,天然沸石是常用的吸附剂,对氨氮吸附率高、选择性强、无二次污染,并且在我国有较大的储量。然而天然沸石的吸附容量有限,需要频繁更换,限制了吸附法的实际应用。如果能够提高天然沸石的吸附容量,并且良好解决再生问题,则吸附法在氨氮废水处理方面具有广阔的应用前景。笔者采用天然沸石去除煤化工废水中的氨氮,考察沸石投量、吸附时间、温度、废水pH等因素对氨氮去除效果的影响,并采用酸浸、碱浸、盐浸、微波辐照、焙烧等方法对天然沸石进行改性,对比几种改性方法对沸石吸附性能的改善作用,另外考察了HCl溶液在高温条件下对饱和天然沸石的再生能力。
1、材料与方法
1.1 试剂和仪器
化学试剂均为分析纯,包括碘化汞、碘化钾、酒石酸钾钠、HCl、NaOH、NaCl、H2SO4等。天然斜发沸石粒度2~4mm,孔隙率>50%,市售。陕煤集团的煤气化废水经过隔油、除酚等预处理后用于沸石吸附试验,水样氨氮质量浓度598mg/L,pH=2.8,COD1000mg/L。
实验仪器:5B-3C(V8)型COD快速测定仪;Belsorp-max型物理吸附仪;THZ-82A型恒温振荡器;410C-01A型pH测定仪;KSL-1200X型马弗炉;G90F25CN3L-C2(G1)型微波炉;ME204型电子天平。
1.2 沸石吸附
将一定量的天然沸石置于锥形瓶中,向其中加入50mL废水水样,放入恒温振荡器中进行振荡吸附(转速150r/min),待试验结束后取出水样,过0.45μm滤膜后用COD快速测定仪的氨氮测定模式分析水中氨氮浓度,原理为纳氏试剂比色法。改变天然沸石投量、吸附时间、温度、水样pH等因素,考察它们对氨氮去除率的影响。
1.3 沸石的改性、再生及表征
分别配制一定浓度的HCl、NaOH、NaCl溶液对天然沸石进行酸、碱、盐改性,将天然沸石浸入溶液中静置2h,滤去溶液后清洗沸石并烘干。
将天然沸石放入马弗炉中焙烧进行热改性,选取焙烧温度为400、500、600、700、800℃,焙烧时间2h。
将天然沸石放入微波炉中进行微波改性,输出功率900W,选取输出强度为20%、40%、60%、80%、,处理时间13min。
将吸附饱和的天然沸石浸入0.1mol/L的HCl溶液中,并放入恒温振荡器中振荡接触,转速150r/min,选取再生温度为40、60、80℃,1h后取出天然沸石并冲洗、烘干,考察天然沸石再生后的吸附性能,回收液中氯化铵的浓度采用甲醛法测定。