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幾種常見的氨氮吸附法

時(shí)間:2022-11-04 09:15:45   訪客:1148

吸附脫氨氮概述
國內(nèi)外在廢水吸附脫氮處理方面進(jìn)行了大量研究,提出了多種可行的工藝。重點(diǎn)是吸附機(jī)理、吸附劑性能比較和再生方法的研究。沸石、粉煤灰、膨潤土等研究較多。
氨氮脫除的原理主要是非離子氨的吸附和與離子氨的離子交換。影響氨氮去除的主要因素包括與吸附劑溶液的相互作用時(shí)間、吸附劑的用量、溶液中氨氮的濃度、吸附劑的濃度。溶液的粒徑和溫度等。
在廢水處理實(shí)踐中,有多種廢水經(jīng)過二級處理后仍達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn),需要對二級出水進(jìn)行進(jìn)一步深度處理。為此,吸附法也用于深度反硝化。
沸石吸附法已在美國和日本成功工業(yè)化。主要采用固定床吸附柱,以斜發(fā)沸石為吸附劑,粒徑0.8~1.7mm,空速5~10h-1,進(jìn)水氨氮濃度20mg/L,出水氨氮濃度小于1mg /L。
幾種常見的氨氮吸附劑
1、活性炭
活性炭(AC)是一種常見的吸附材料,主要呈顆粒狀和粉末狀。活性炭可以從動(dòng)植物、煤炭、石油、紙漿廢液、廢合成樹脂等有機(jī)殘?jiān)戎蝎@得,經(jīng)粉碎成型后加入粘合劑,再加熱脫水、炭化、活化。
活性炭具有巨大的比表面積和特別發(fā)達(dá)的微孔,通常活性炭的比表面積高達(dá)500-1700m2/g。活性炭的微孔體積約為0.15~0.9mL/g,表面積占總表面積的95%以上。
活性炭的吸附主要是物理吸附,但由于表面氧化物的存在,也會(huì)進(jìn)行一些化學(xué)選擇性吸附。活性炭是廢水處理中常用的吸附劑。
粒狀炭由于工藝簡單,易于操作。國外使用的粒狀炭多為煤或殼無定形炭,國內(nèi)使用的多為柱狀煤炭。活性炭主要以氨分子形式吸附水中的氮,沒有選擇性,吸附能力有限,因此反硝化效率很低。
2、主動(dòng)碳纖維
活性炭纖維(ACF)是一種新型的吸附功能材料,它是由木質(zhì)素、纖維素、酚醛纖維、聚丙烯纖維、瀝青纖維等經(jīng)碳化活化制成的。
與活性炭相比,ACF具有獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu),更高的外表面積和比表面積以及多種官能團(tuán),平均孔徑也更小。已廣泛應(yīng)用于廢水、廢氣處理、水凈化等領(lǐng)域。
纖維狀活性炭的微孔體積占總孔體積的90%左右,其微孔直徑大部分在1nm左右,沒有過多的孔和大孔。比表面積一般為600~1200m2/g,甚至可達(dá)3000m2/g。
活性炭纖維解吸再生速度快,時(shí)間短,性能不變,優(yōu)于活性炭。
ACF成品可制成氈、布、紙等形狀,在實(shí)際應(yīng)用中更靈活,操作更簡單方便,并具有一定的強(qiáng)度和抗破壞性,克服了顆粒狀和粉狀活化的需要碳操作過程中形成的溝槽和定居點(diǎn)等問題。
與活性炭一樣,活性炭纖維在吸附上沒有選擇性,主要用于吸附有機(jī)污染物,而對氨氮的吸附能力有限。一般用于煉油廠廢水綜合處理。
3、沸石
沸石是一種廣泛分布和開采的天然廉價(jià)離子交換材料。天然產(chǎn)生的沸石種類很多,其中以斜發(fā)沸石和絲光沸石為主。
沸石是一種具有含水骨架結(jié)構(gòu)的多孔鋁硅酸鹽礦物。構(gòu)成沸石骨架的最基本結(jié)構(gòu)是硅氧(SiO4)四面體和鋁氧(AlO4)四面體。沸石具有開放的骨架結(jié)構(gòu),晶腔體積約占總體積的40%~50%,孔徑多在1nm以下。
沸石比表面積大(400-800m2/g沸石),僅次于活性炭,可用作吸附劑、離子交換劑等。沸石優(yōu)先選擇極性、不飽和和易極化分子選擇性吸附,沸石具有耐酸、耐堿、熱穩(wěn)定性等性能,常用于工業(yè)廢水處理。
沸石具有很大的吸附能力和凈化效果。斜發(fā)沸石和絲光沸石的陽離子交換容量分別為223meq100g(毫當(dāng)量)和213meq100g。由于天然沸石含有雜質(zhì),純度較高的沸石交換容量不超過200meq100g,一般為100-150meq100g。
斜發(fā)沸石在離子交換和定量處理方面對NH4+-N有很好的選擇性,因此可用于工程污水脫氨氮處理工藝,反硝化率可達(dá)90%~97%。工業(yè)沸石除氨裝置比較簡單,一般為圓筒過濾器。
沸石再生的主要方法有使用NaOH或NaCl溶液的化學(xué)溶液再生和在500℃~600℃的高溫條件下將沸石中的NH4+轉(zhuǎn)化為NH3氣體的燃燒再生。
沸石經(jīng)過反復(fù)再生后,對NH4+的吸附和交換容量影響不大,但由于污水中Ca2+等陽離子的共存,沸石的交換容量會(huì)不可逆地降低。
4、腐植酸類吸附劑
腐植酸是一種帶負(fù)電荷的聚電解質(zhì),是一種分子量很大的有機(jī)物質(zhì)。腐植酸可用于處理工業(yè)廢水,特別是重金屬廢水和放射性廢水,以去除離子。
腐植酸本身的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)決定了它對陽離子的吸附性能。腐植酸對陽離子的吸附,包括離子交換、整合、表面吸附、縮合等,既有化學(xué)吸附又有物理吸附。
用作吸附劑的腐植酸有兩種:一種是富含腐植酸的天然風(fēng)化煤、泥炭、褐煤等,直接用作吸附劑或經(jīng)過簡單處理。另一種類型是用富含腐植酸的物質(zhì)用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┲圃旄菜峄鶚渲⑺鼈冊炝R杂糜诠軤罨蛩轿窖b置。
5、煤基吸附劑
活性炭是一種優(yōu)質(zhì)的吸附劑,但價(jià)格昂貴且難以再生,限制了它的使用。因此,開發(fā)和制造成本低廉替代品意義重大。褐煤、長焰煤、無煙煤等具有較高的孔隙率和比表面積,制備煤基吸附劑前景廣闊。
煤基吸附劑具有去除廢水中金屬離子和揮發(fā)性酚類的作用,吸附能力強(qiáng),價(jià)格便宜,不需要再生。煤與濃硫酸或發(fā)煙硫酸反應(yīng)生成磺化煤,可用于處理廢水。吸附后用丙酮或乙酸乙酯和乙醇很容易脫附,可重復(fù)使用。


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