劉子姣，王茜

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

沸石和活性炭吸附生活污水中CODCr和NH3-N的試驗(yàn)

劉子姣，王茜

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

選擇具備較強(qiáng)吸附性能的活性炭和沸石作為試驗(yàn)材料，以生活污水為研究對(duì)象，將吸附劑投加量和吸附時(shí)間作為影響要素，研究確定所選原料去除生活污水中CODCr和NH3-N的技術(shù)參數(shù)。結(jié)果表明，隨著沸石和活性炭投加量的增加，NH3-N和CODCr去除率增加，當(dāng)達(dá)到一定投加量的時(shí)候，去除率逐漸趨于平衡；隨著吸附劑與污水水樣接觸時(shí)間的增加，沸石和活性炭對(duì)CODCr和NH3-N的去除率呈現(xiàn)先升高后平穩(wěn)的趨勢(shì)。綜合考慮成本等經(jīng)濟(jì)因素，沸石投加量為100 g/L（50 g/500 mL）時(shí)，對(duì)CODCr和NH3-N的吸附效果較好，去除率分別為71.41%和49.68%，接觸時(shí)間2 h為宜；活性炭投加量為400 mg/L（200 mg/500 mL）時(shí)，對(duì)CODCr和NH3-N的吸附效果較好，去除率分別為81.59%和63.28%，接觸時(shí)間1 h為宜。

活性炭；沸石；去除率；CODCr；NH3-N

隨著我國工業(yè)化的不斷發(fā)展和人們生活水平的提高，每年大量的含有氨氮和有機(jī)污染物的工業(yè)廢水和生活污水排入水庫、河流等與人的生產(chǎn)生活息息相關(guān)的水系統(tǒng)，不僅給天然水體造成赤潮等富營養(yǎng)化災(zāi)害，也對(duì)水中的生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的危害，更對(duì)人類的健康產(chǎn)生一定的潛在危害。

水體中的氨氮在一定的條件下會(huì)轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，所以，長(zhǎng)期攝入含有氨氮的飲用水，氨氮轉(zhuǎn)化成的亞硝酸鹽會(huì)和人體中的蛋白質(zhì)等物質(zhì)結(jié)合，從而形成具有很強(qiáng)致癌作用的亞硝胺?；瘜W(xué)需氧量（COD）反映了水樣受還原性污染物質(zhì)如亞鐵鹽、亞硝酸鹽、硫化物及有機(jī)化合物等的污染水平?；谒w被有機(jī)物污染的廣泛性和普遍性，COD也是廢水中有機(jī)污染物檢測(cè)相對(duì)含量的總體指示標(biāo)準(zhǔn)之一[1]。

活性炭外觀色澤呈黑色，為一種多孔徑炭化物；沸石無毒無味，并且對(duì)于環(huán)境基本沒有影響。沸石價(jià)格低廉、熱穩(wěn)定性能好、耐酸耐堿，結(jié)合中小型污水處理廠的流程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也可以在污水深度處理上有較大發(fā)展[2-11]。

本試驗(yàn)旨在研究采用沸石和活性炭處理生活污水的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，通過試驗(yàn)研究這2種吸附材料對(duì)生活污水中的CODCr和NH3-N的去除效果，比較這2種材料的吸附優(yōu)劣性，為城市生活污水中化學(xué)需氧量和氨氮的去除提供比較有效的途徑。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料：沸石和活性炭，市場(chǎng)購置。

供試污水：選用的生活污水采自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)污水處理廠。水質(zhì)狀況：CODCr302.6 mg/L，NH3-N 32.41 mg/L。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 沸石和活性炭的預(yù)處理將試驗(yàn)選用的沸石和活性炭通過蒸餾水反復(fù)洗滌多次，以便除去備用吸附劑中所含有的泥質(zhì)、沙石等雜質(zhì)，然后再在蒸發(fā)皿上均勻鋪開，放入烘箱于100～105℃下烘1 h，利用從外部加熱提高溫度，增大比表面積，提高孔隙率，之后取出讓其冷卻至室溫，以備后續(xù)使用。

1.2.2 沸石、活性炭投加量試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)沸石用量分別為10，20，30，40，50，60 g等6個(gè)處理；活性炭用量分別為10，50，100，150，200，300 mg等6個(gè)處理。在常溫（20～30℃）條件下，分別將過0.177 mm篩的天然沸石和活性炭分別加到裝有500 mL，NH3-N質(zhì)量濃度為32.41 mg/L，CODCr質(zhì)量濃度為302.6 mg/L的試驗(yàn)水樣的三角瓶中，在磁力攪拌器上以80 r/min快速攪拌30 min，之后靜置沉降約30 min，然后取上清液，經(jīng)過濾裝置過濾后，測(cè)定供試污水中的CODCr和NH3-N含量[12]。

1.2.3 接觸時(shí)間試驗(yàn)在常溫（20～30℃）條件下，使用分析天平分別稱量過0.177 mm篩的沸石30 g，共8份，過0.177 mm篩的活性炭200 g，共6份，然后再量取等量500 mL供試污水水樣14份，將稱取的等量沸石與活性炭樣品與供試污水水樣混合接觸，在磁力攪拌器上攪拌，記錄不同的接觸時(shí)間，之后靜置沉降約30 min，然后取上清液過濾。測(cè)定濾液的NH3-N濃度，計(jì)算NH3-N去除率，分析接觸時(shí)間與NH3-N去除率的關(guān)系。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

測(cè)定NH3-N采用納氏試劑光度法[13]；化學(xué)需氧量采用重鉻酸鉀法檢測(cè)[14]。

CODCr，NH3-N去除率的計(jì)算：先采用重鉻酸鉀法測(cè)定其CODCr值或采用納氏試劑光度法測(cè)定其NH3-N值，記為C1，然后按照相應(yīng)的工藝條件進(jìn)行活性炭或沸石處理，再測(cè)定水樣的CODCr及NH3-N濃度，記為C2。CODCr及NH3-N去除率（K）的計(jì)算公式為：K＝（C1－C2）/C1×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 沸石吸附生活污水中CODCr和NH3-N的試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 沸石的投加量對(duì)去除污水中CODCr和NH3-N的影響由表1可知，沸石用量在10～60 g變化時(shí)，通過沸石吸附后的污水上清液濾液中的CODCr質(zhì)量濃度在86.5～216.9 mg/L變化，CODCr去除率為28.32%～71.41%；加人沸石后，污水的NH3-N和CODCr的濃度明顯降低，沸石投加量繼續(xù)增加，生活污水中CODCr的去除率仍逐漸升高。

表1 不同沸石的投加量對(duì)廢水CODCr和NH3-N的凈化效果

沸石用量在10～60 g變化時(shí)，沸石處理后的污水上清液濾液中的NH3-N質(zhì)量濃度在16.31～26.90 mg/L變化，而NH3-N去除率則在17.00%～49.68%；加入沸石可以顯著降低污水的NH3-N濃度，并且在沸石投加量小于50 g時(shí)，增加沸石的投入量，NH3-N的去除率也相應(yīng)提升；當(dāng)沸石的投入量為60 g時(shí)，NH3-N的去除率比投加量為50 g的沸石大約僅僅提升了0.96%；隨著沸石投加量的持續(xù)增加，NH3-N去除率的提高并不十分明顯，甚至還有下降的可能。

因?yàn)樵谝欢ㄔ囼?yàn)條件下，當(dāng)沸石用量在一個(gè)比較少的情況下，其達(dá)到平衡吸附態(tài)時(shí)所吸附的NH3-N也相應(yīng)很少，所以，去除率?。浑S著吸附劑用量的不斷加大，平衡吸附態(tài)下沸石吸附的NH3-N的量同樣會(huì)慢慢增加，NH3-N的去除效果相應(yīng)變得明顯；然而，如果沸石用量超過一定的限度，沸石難以與供試污水充分地接觸，這樣反而會(huì)導(dǎo)致沸石去除NH3-N的性能逐漸變小[15]。所以，沸石在處理含NH3-N生活污水時(shí)，在試驗(yàn)初期逐步增大沸石投加量，NH3-N去除率的增加比較顯著，隨著沸石飽和吸附值的接近，繼續(xù)增大沸石投加量，NH3-N去除率的變化也不會(huì)明顯。若是繼續(xù)加大沸石用量沒有實(shí)質(zhì)利用價(jià)值。因此，考慮原料成本等客觀條件，沸石處理NH3-N投加量宜為100 g/L（50 g/500 mL）。

2.1.2 吸附時(shí)間對(duì)沸石去除污水中NH3-N的影響

從表2可以看出，當(dāng)接觸時(shí)間在0.5～4.0 h時(shí)，通過沸石吸附后的污水過濾后上清液的NH3-N質(zhì)量濃度在18.06～23.48 mg/L變化，NH3-N去除率為27.55%～46.43%，隨著吸附劑與污水水樣接觸時(shí)間的增加，沸石對(duì)NH3-N的去除率呈現(xiàn)先升高后平穩(wěn)的趨勢(shì)。2 h之前NH3-N去除率隨接觸時(shí)間的增加而逐漸提升，2 h時(shí)達(dá)到了高點(diǎn)，為44.77%，2 h之后的NH3-N去除效果改變不是十分明顯，3 h時(shí)NH3-N去除率比2h的去除率僅僅增加了1.66百分點(diǎn)，3 h以后的NH3-N吸附率甚至逐步降低。可能是因?yàn)榉惺谖桨彪x子時(shí)，到達(dá)一定量后會(huì)達(dá)到飽和，這個(gè)時(shí)候的沸石-污水體系達(dá)到了離子交換吸附平衡[16]，繼續(xù)延長(zhǎng)接觸時(shí)間后沸石對(duì)NH3-N的去除效果并不明顯，沒有實(shí)際意義。由此可以看出，沸石對(duì)NH3-N的去除具有先快速吸附、后緩慢平衡[17]的特點(diǎn)。

表2 不同吸附時(shí)間下沸石吸附廢水中NH3-N的結(jié)果

2.2 活性炭吸附生活污水中CODCr和NH3-N的試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 活性炭投加量對(duì)去除污水中CODCr和NH3-N的影響由表3可知，活性炭用量在10～300 mg變化時(shí)，活性炭吸附后污水上清液濾液中的CODCr質(zhì)量濃度在53.2～203.9 mg/L變化，CODCr去除率則在32.62%～82.42%變化；加入活性炭能夠顯著降低生活污水中的CODCr，并且當(dāng)活性炭的投加量小于200 mg時(shí)，隨活性炭用量增大，CODCr的去除率也相應(yīng)增大；當(dāng)活性炭用量為300 mg時(shí)，CODCr去除率比活性炭用量為200 mg時(shí)只提升了1.02百分點(diǎn)；再增加活性炭的用量，CODCr的去除率沒有太大的改變，甚至有降低的趨勢(shì)。所以，在進(jìn)行活性炭吸附生活污水中CODCr試驗(yàn)時(shí)，在最開始的階段增加吸附劑用量，CODCr去除率增大的效果明顯，在逐漸接近活性炭飽和吸附值的時(shí)候，繼續(xù)增加活性炭投加量，CODCr的去除率提高效果則不明顯。

表3 不同活性炭用量對(duì)廢水中CODCr和NH3-N的凈化效果

活性炭用量在10～300 mg變化時(shí)，通過活性炭吸附后的污水上清液濾液中NH3-N質(zhì)量濃度在9.3～25.5 mg/L變化，NH3-N去除率為21.32%～71.31%；加入活性炭可以顯著降低污水的NH3-N，且隨著活性炭用量的增加，污水中的NH3-N去除率逐漸增高?；钚蕴勘憩F(xiàn)出了對(duì)NH3-N去除的穩(wěn)定性[18-21]。

2.2.2 吸附時(shí)間對(duì)活性炭去除污水中NH3-N的影響從表4可以看出，隨著活性炭同廢水水樣接觸時(shí)間的逐漸增加，活性炭對(duì)廢水中NH3-N的去除率相應(yīng)增加，當(dāng)接觸時(shí)間達(dá)到1 h后，NH3-N的去除率增加的趨勢(shì)不明顯，主要原因是由于活性炭的吸附容量隨著吸附時(shí)間的推移逐漸趨近飽和。在吸附反應(yīng)初期的30 min內(nèi)，NH3-N的去除速率比較快，這個(gè)時(shí)段中活性炭隨時(shí)間推移對(duì)NH3-N吸附量的增加比較明顯；在1 h之后，活性炭吸附速率變得平緩，吸附效果隨時(shí)間推移的變化不明顯；在1.5 h時(shí)，活性炭對(duì)NH3-N的去除已經(jīng)基本達(dá)到平衡狀態(tài)。

表4 不同吸附時(shí)間下活性炭吸附廢水中NH3-N的試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

本試驗(yàn)進(jìn)行了活性炭和沸石去除生活污水中NH3-N和CODCr效果的研究，結(jié)果表明，沸石處理污水中NH3-N的試驗(yàn)整體具有快速吸附、緩慢平衡的特點(diǎn)；沸石投入量增加，NH3-N去除率增加，當(dāng)達(dá)到一定投入量時(shí)，去除率趨于平衡。沸石吸附CODCr，隨著沸石用量的增加，污水中的CODCr去除率逐漸增高。隨著吸附劑與污水水樣接觸時(shí)間的增加，沸石對(duì)NH3-N的去除率呈現(xiàn)先升高后平穩(wěn)的趨勢(shì)。這是由于沸石的吸附容量在投加量的不斷增加下趨于飽和的原因。綜合考慮成本等經(jīng)濟(jì)因素，沸石投加量為100 g/L（50 g/500 mL）時(shí)，對(duì)CODCr，NH3-N的去除率分別為62.79%，49.21%，接觸時(shí)間為2 h時(shí)，效果最佳。

活性炭對(duì)于CODCr和NH3-N的吸附也是隨著投加量的增加，對(duì)污染物的吸附量增加，當(dāng)達(dá)到一定投加量時(shí)，去除率趨于穩(wěn)定，且在同等條件下，活性炭對(duì)于CODCr的去除率大于對(duì)NH3-N的去除率，可見，活性炭對(duì)于NH3-N的吸附能力較弱。隨著吸附劑與污水水樣接觸時(shí)間的增加，活性炭對(duì)NH3-N的去除率呈現(xiàn)先升高而后平穩(wěn)的趨勢(shì)。這是由于活性炭的吸附容量隨著投加量不斷增加趨于飽和的原因，綜合污染物質(zhì)去除效率和經(jīng)濟(jì)因素來看，對(duì)于凈化城鎮(zhèn)居民生活污水，活性炭投加量宜為400 mg/L（200 mg/500 mL），對(duì)CODCr和NH3-N的去除率分別為81.59%，63.28%，接觸時(shí)間以1 h為宜。

［1］楊玲玲.化學(xué)需氧量及其監(jiān)測(cè)分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（3）：254-255.

［2］李艷芳，梁大明，劉春蘭.國內(nèi)外活性炭應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)分析[J].潔凈煤技術(shù)，2009（1）：5-8，13.

［3］李蓮芳，陽艷玲.吸附劑在廢水處理中的應(yīng)用[J].廣東化工，2013（3）：129-130.

［4］徐麗軍.活性炭對(duì)水中有機(jī)物去除的研究進(jìn)展[J].廣州化工，2015（4）：42-44.

［5］高巍.活性炭/沸石復(fù)合材料在焦化廢水處理中的應(yīng)用[D].太原：太原理工大學(xué)，2013.

［6］高俊敏，鄭澤根，王琰，等.沸石在水處理中的應(yīng)用[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（1）：114-117.

［7］李艷芳，孫仲超.國內(nèi)外活性炭產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及我國活性炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2012（11）：4-9.

［8］張家利，張翠玲，黨瑞.沸石在廢水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2013（3）：75-79.

［9］何云華，李航，劉新敏，等.天然沸石中離子交換平衡的離子特異性研究[J].環(huán)境科學(xué)，2015（3）：1027-1036.

［10］程明，袁鳳英.改性沸石在廢水處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2004（12）：6-9.

［11］丁曄，張立娟，侯景樹，等.沸石在氨氮廢水處理中的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2009（6）：5-9.

［12］張凱，朱靜平.沸石吸附7-ACA廢水中CODCr和NH3-N的試驗(yàn)研究[J].非金屬礦，2012（5）：69-71，78.

［13］金文斌，朱建云.納氏試劑光度法測(cè)定水中氨氮方法的探討[J].環(huán)境工程，2010（5）：107-109.

［14］安冬梅.重鉻酸鉀法測(cè)定水中化學(xué)需氧量CODCr的探討[J].甘肅科技，2011（18）：105-106，151.

［15］李建霜.沸石對(duì)生活污水氨氮處理的研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2014.

［16］馬東祝.沸石-活性炭處理微污染飲用水源水的試驗(yàn)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2006.

［17］孫鴻，楊斌武，韓加壽，等.沸石和活性炭處理氨氮廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012（S1）：289-291.

［18］鄧慧萍，吳國榮，張玉先.沸石和活性炭除氨氮、有機(jī)物的互補(bǔ)作用[J].中國給水排水，2004，20（5）：50-51.

［19］孫鴻，張穩(wěn)嬋，武洋仿，等.沸石-活性炭復(fù)合材料處理廢水的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010（8）：159-161.

［20］羅仙平，李健昌，嚴(yán)群，等.處理低濃度氨氮廢水吸附材料的篩選[J].化工學(xué)報(bào)，2010（1）：216-222.

［21］尚會(huì)建，周艷麗，趙彥，等.沸石在氨氮廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，2013（1）：26-29.

Experiment Research on the CODCrand NH3-N Adsorption of Domestic Sewage by Zeolite and Activated Carbon

LIU Zi-jiao，WANG Qian
（College of Resources&Environment，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

This paper was in the process treatment of domestic sewage and chooses strong adsorptive zeolite and active carbon as adsorptive material.The effects of adsorption were investigated in different dosage and adsorption time.The thesis was to examine the selected materials to the waste of CODCrand NH3-N removal technology parameters by using experiments.The results showed that CODCrand NH3-N removal increased with the increase in the dosage of activated carbon and zeolite.When the amount of the dosage was reached,the removal rate tended to balance.With the increase of the adsorption time,the removal rate of zeolite and activated carbon increased firstly and then balance.Considering the cost and other economic factors,appropriate dosage of zeolite was 100 g/L,of CODCrand NH3-N removal rates were 71.41%and 49.68%,the optimum contact time was 2 h;appropriate dosage of activated carbon was 400 mg/L,of CODCrand NH3-Nremoval rates were 81.59%and 63.28%,respectively,the optimum contact time was 1 h.

activated carbon;zeolite;removal efficiency;CODCr;NH3-N

X799.3

A

1002-2481（2016）01-0053-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.01.15

2015-10-30

劉子姣（1979-），女，山西太谷人，講師，碩士，主要從事水、土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)研究及教學(xué)工作。