人造沸石吸附包钢总排回用水中氨氮的研究.pdf

第39卷第4期
化工技术与开发
Vol 39 No 4
2010年4月
Technology Development of Chemical Industry
Apr.2010
人造沸石吸附包钢总排回用水中氨氮的研究
南文海,张雪峰2,董晓钤
(1.内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;2.内蒙古科技大学数理与生物工程学院,内蒙古包头014010
摘要:通过人造沸石吸附包钢总排回用水用作循环冷却水中氨氮的试验,指出沸石的用量及水样的pH值是
影响沸石吸附量的因素。结果表明,在pH=6条件下,水样取50mL,沸石投加3g即可达到较好的处理效果,去除
率为75%;通过室温条件下的吸附模型的研究,沸石对氨氮的吸附更符合 Freundlich等温吸附方程。
关键词:人造沸石;氮;等温吸附方程
中图分类号:X756X131.2
文献标识码:A
文章编号:167-9905(2010)040037-03
作为大型工业集团,包钢的循环冷却系统用水1.2实验方法
巨大。随着研究的深入,并不像原先认为的那样,氨
(1)吸附试验:改变沸石的重量(1g、2g、3g、4
氮不会发生积累且减少了钙垢的沉积1,而是发现g、5g、6g)及水样的pH值(3、4、6、7、9、12),将沸石
氨氮在循环冷却水中的运行是有很大危害的2?。
放人50mL的水样中,震荡30min,用移液管量取1
有研究表明,氨氮可以促进微生物的繁殖,mL,放入50mL的比色管中,加水至刻度线。分别
微生物产生的黏泥和腐蚀产物会降低冷却水的冷却加人1mL的酒石酸加纳溶液和1.5mL的纳氏试
效果,使换热器中冷却水的通道堵塞;而且氨氮在循剂,显色10min。分光光度计的波长调到420n,
环冷却水系统中发生硝化反应产生大量的酸,造成稳定0.5h后测量水样,算出氨氮含量,计算吸附
系统pH下降,对系统管材(主要是铜管和碳钢管)率,画出吸附曲线。
造成酸性腐蚀,另外也会造成冷却塔水泥构筑物酸
(2)吸附模型试验:在室温(20℃)的条件下,容
性腐蚀,使其产生砂化现象[4
量瓶中分别取5种不同浓度的氨氮溶液500mL,放
氨氮的去除方法主要有:生物反应法、物理吹脱人不同质量的人造沸石,密封瓶口后巖荡8h使吸
法、吸附法、离子交换法及折点加氯法、臭氧与活性附达到平衡。计算氨氮浓度,绘制吸附曲线,对
炭联合处理法等。
Langmuir和 Freundlich等温式进行拟合,进行比
物理吹脱法的效果可以达到85%以上,吸附较,得出最好的吸附方程。
法方面,粉煤灰?和沸石?的研究比较多,并取得
了较好的效果。吸附机理包括物理吸附、化学吸附2结果与讨论
和离子交换吸附等等,其中物理、化学吸附和离子交2.1沸石的吸附试验
换吸附占主导地位。
(1)重量因素对去除氨氮的影响
工业循环冷却水中氨氮的处理问题亟待解决,
沸石的重量因素对去除氨氮的影响见图1。由
但目前对于用人造沸石吸附工业循环冷却水中氨氮图1可以看出,当沸石的投加量≤3g时,随投加量
的相关文献很少,这方面的研究还是空白。
的增加,吸附量也在增加,在投加量为3g时达到较
1实验
好的处理效果,去除率为75%;而投加量继续增加,
吸附量增加缓慢,最大的去除率仅为78%。出现这
1.1试剂和仪器
种结果的原因可能是由于水中其它无机离子的水合
自购人造沸石(Na2O·Al2O3“xSiO2“yH2O)、碘作用影响了水的结构,如O2-、Mg3+、SO2~等可
化汞、碘化钾、酒石酸加纳。
以加强水分子间的作用,从而减少了依靠与水形成
721型分光光度计、FA2004B电子天平、HY-4氢键而溶解的NH的溶解度。
调速多用振荡器。
基金项目:包头市园区建设支助(2008Y2016)
作者简介:南文海(1984-),男,内蒙古科技大学硕土研究生,主要从事水处理及数值模拟方向的研究
收稿日期:2009-11-2
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化工技术与开发
第39卷
附等温线反映吸附剂的吸附性能,是吸附工艺及设
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备选择的重要依据。描述吸附等温线的数学表达式
称为吸附等温式。最常用的吸附等温式是
muir和 Freundlich等温式8。
如
室温下沸石吸附氨氮的实验数据见表1,等温
40
线见图3。
52
表1室温下吸附等温线实验数据
Tablel experimental data on adsorption
加药量g
isotherm in room temperature
图1沸石加药量对吸附氨氮的影响
短使0x857191623
Fig 1 Effect of the dosage of zeolite
沸石质量
/g
00.5231.0341.5142.0092.509
absorbing ammonia nitrogen
吸附后氨氮平衡
(2)溶液的pH值对去除氨氮的影响
浓度Ceんmn1055.77114167.30223.07278.84
吸附量
溶液的pH值对去除氨氮的影响见图2。
1013.7718.4229.9830.0731.71
10
35
如60
感
40
30
8
pH值
图2pH值对沸石吸附氨氮的影响
平衡浓度Ce/mgL
Fig 2 Effect of PH of zeolite absorbing ammonia nitrogen
图3室温下的等温线
由图2可知,在pH=6时,吸附量最大,吸附效
Fig3 adsorption isotherm in room temperature
果最好;随酸碱度的增强吸附量都趋于减少。原因
由图3可以看出,等温线起始段斜率较大,且为
可能是:沸石基本结构中的铝氧四面体带有1个负凸向吸附量轴的曲线。当浓度大到一定程度后,吸
电荷,在制备时用Nat'补偿,使其保持电中性,Nat附量变化很小,证实了这种等温线符合在稀溶液吸
的解离使沸石带负电荷,而沸石等电点为pH=5.7,附中最为常见的理论。这类等温线表示溶质(氨
而在pH=6时NHI4+与水合氨的存在使沸石在化学氮)比溶剂(水)更易被吸附,即溶剂无强烈竞争吸附
吸附和物理吸附达到最佳条件;而随酸性的增强,能力。此外,此类等温线还可说明沸石是以微孔填
H浓度增大使NH4+浓度增大,而沸石的离子交换充机制吸附的。
顺序H>NH4+,沸石优先吸附H,使氨氮的吸附
(2) Freundlich等温式
量下降;碱性的增强,一方面使Nat交换的阳离子
Freundlich等温吸附数据见表2, Freundlich等
受到抑制,另一方面OH浓度增大,可能也会将温曲线见图4
NH4+转化为水合氨,使化学吸附减少。
表2 Freundlich等温吸附數据
2.2吸附模型的研究
Table 2 Freundlich adsorption data in the fixed temperature
初始氨氮浓度。,。。n。
(1)室温下的等温线
Co/mgL
55,77
278.84

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