怎樣用沸石粉去除廢水中的氨氮？

在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)不斷擴(kuò)張的當(dāng)下，大量含氨氮的廢水被排放，對(duì)水體生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。氨氮廢水若未經(jīng)有效處理直接排入自然水體，會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，引發(fā)藻類(lèi)過(guò)度繁殖，進(jìn)而破壞水生態(tài)平衡，危害水生生物的生存。因此，高效去除廢水中的氨氮成為環(huán)保領(lǐng)域的關(guān)鍵任務(wù)。利用沸石粉去除氨氮是一種行之有效的方法，其原理基于沸石獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，下面將詳細(xì)闡述其具體操作流程與關(guān)鍵要點(diǎn)。

一、沸石粉的選擇與改性

沸石粉的選擇：天然沸石種類(lèi)繁多，其中斜發(fā)沸石在去除氨氮方面表現(xiàn)出良好的性能，常被選用。在實(shí)際操作中，一般選取20 - 40目的斜發(fā)沸石粉。這個(gè)目數(shù)范圍既能保證沸石粉有一定的比表面積，利于離子交換和吸附作用的進(jìn)行，又便于后續(xù)的處理操作，不會(huì)因顆粒過(guò)細(xì)而難以分離，也不會(huì)因顆粒過(guò)大而影響反應(yīng)效率。

改性過(guò)程：改性的目的是增強(qiáng)沸石粉對(duì)氨氮的去除能力。稱(chēng)取10g上述規(guī)格的斜發(fā)沸石粉，加入100mL濃度為20%的NaCl溶液。使用電爐進(jìn)行煮沸操作，這一步驟可促使NaCl溶液與沸石粉充分接觸，溶液中的鈉離子開(kāi)始與沸石粉內(nèi)部的一些陽(yáng)離子發(fā)生初步交換，部分打開(kāi)沸石粉的孔道結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的離子交換創(chuàng)造更有利的條件。煮沸后倒去渾濁液，渾濁液中含有沸石粉表面脫落的雜質(zhì)以及初步交換出來(lái)的陽(yáng)離子。接著，再加入預(yù)熱的100mL鹽水，繼續(xù)用電爐煮5h。長(zhǎng)時(shí)間的加熱和鹽水浸泡，能進(jìn)一步深入改變沸石粉的離子組成和表面性質(zhì)，使更多的鈉離子交換進(jìn)入沸石粉內(nèi)部，優(yōu)化其對(duì)銨離子的交換能力。最后用蒸餾水沖洗，直至沸石冷卻至室溫，完成改性。蒸餾水沖洗是為了去除沸石粉表面殘留的鹽分和雜質(zhì)，避免其對(duì)后續(xù)處理氨氮廢水的效果產(chǎn)生干擾。

二、處理氨氮廢水的實(shí)驗(yàn)步驟

交換柱準(zhǔn)備：將天然沸石粉裝入φ5mmX300mm的交換柱中，這一尺寸的交換柱能夠提供合適的反應(yīng)空間，保證廢水與沸石粉有充分的接觸時(shí)間和接觸面積。裝入沸石粉后，用蒸餾水洗滌，直至流出液中無(wú)Cl - 為止。這一步至關(guān)重要，確保交換柱中的沸石粉處于純凈狀態(tài)，避免Cl - 對(duì)后續(xù)氨氮交換反應(yīng)產(chǎn)生影響，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

交換實(shí)驗(yàn)：用已知pH值和NH4+濃度的氨氮廢水以一定的流速流過(guò)交換柱。流速的控制十分關(guān)鍵，流速過(guò)快會(huì)導(dǎo)致廢水與沸石粉接觸時(shí)間不足，氨氮無(wú)法充分被交換吸附；流速過(guò)慢則會(huì)影響處理效率。一般需根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)前期試驗(yàn)確定合適的流速。當(dāng)廢水達(dá)到一定規(guī)模時(shí)停止通過(guò)，測(cè)量廢水中NH4+濃度。這里的“一定規(guī)?！笔侵高_(dá)到能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出交換前后氨氮濃度變化，同時(shí)又能保證沸石粉交換性能充分發(fā)揮的廢水處理量。通過(guò)測(cè)定通過(guò)前后廢水中NH4+的濃度差，可以計(jì)算出天然沸石粉對(duì)銨離子的總交換容量。交換容量是衡量沸石粉去除氨氮能力的重要指標(biāo)，它反映了單位質(zhì)量沸石粉能夠交換吸附銨離子的量。改變氨氮廢水的pH值，重復(fù)上述步驟，即可測(cè)得不同pH值下天然沸石粉對(duì)氨氮廢水中銨離子的總交換容量。pH值對(duì)交換容量有顯著影響，不同的pH環(huán)境會(huì)改變銨離子的存在形態(tài)以及沸石粉表面的電荷性質(zhì)，從而影響離子交換的進(jìn)行。

三、循環(huán)試驗(yàn)與洗脫

循環(huán)試驗(yàn)條件：循環(huán)試驗(yàn)采用氯化鈉溶液作為洗脫液。在廢水pH值為5、吸附溫度為20℃、吸附速率為0.0027m/s、洗脫溫度為75℃、洗脫速率為0.08cm/s的綜合條件下進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)。這些條件是經(jīng)過(guò)大量研究和實(shí)踐優(yōu)化得出的。pH值為5時(shí)，銨離子的存在形態(tài)有利于與沸石粉進(jìn)行離子交換；20℃的吸附溫度既能保證離子交換反應(yīng)有一定的速率，又不會(huì)因溫度過(guò)高導(dǎo)致沸石粉結(jié)構(gòu)變化或其他副反應(yīng)發(fā)生；0.0027m/s的吸附速率可使廢水與沸石粉充分接觸，實(shí)現(xiàn)較好的吸附效果。75℃的洗脫溫度有利于氯化鈉溶液與沸石粉上吸附的銨離子發(fā)生交換，將銨離子洗脫下來(lái)；0.08cm/s的洗脫速率可保證洗脫過(guò)程的高效進(jìn)行。

洗脫結(jié)果與意義：經(jīng)過(guò)處理，原廢水246mg/L 35L，處理后廢水21.3mg/L 35L，氨氮去除率達(dá)到91.3%，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。這表明在上述條件下，沸石粉對(duì)氨氮廢水的處理效果顯著。用1.5L飽和NaCl水溶液洗脫，產(chǎn)生6300mg/L的1.5L廢水，且氨回收率可達(dá)95.6%。這說(shuō)明不僅能夠有效去除廢水中的氨氮，還能通過(guò)洗脫回收氨，實(shí)現(xiàn)資源的再利用，降低處理成本。本實(shí)驗(yàn)采用氯化鈉溶液和氧化鈣乳劑兩種洗脫液進(jìn)行洗脫，結(jié)果證明沸石具有良好的脫氨能力。不同的洗脫液可能會(huì)對(duì)洗脫效果和回收氨的純度產(chǎn)生影響，通過(guò)對(duì)比不同洗脫液的效果，可以選擇更優(yōu)的洗脫方案。

四、總結(jié)與展望

利用沸石粉去除廢水中的氨氮，通過(guò)合理的沸石粉選擇、改性處理，嚴(yán)格控制處理過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，能夠取得良好的處理效果。不僅能有效降低廢水中氨氮含量，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，還能回收氨資源。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，還需考慮沸石粉的成本、大規(guī)模處理時(shí)的設(shè)備選型與工藝優(yōu)化等問(wèn)題。未來(lái)，可以進(jìn)一步研究不同類(lèi)型沸石粉的性能差異，探索更高效的改性方法和更優(yōu)化的處理工藝條件，以提高氨氮去除效率和資源回收利用率，推動(dòng)沸石粉在氨氮廢水處理領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。