碱改性净水污泥对水中氨氮的吸附效能研究_张玉妹

10 期
张玉妹等： 碱改性净水污泥对水中氨氮的吸附效能研究
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研究者还对净水污泥的磷吸附特性进行了研究 ， 都 2007 ； Gibbons， 取得 了 较 好 的 效 果 （ Ｒazali et al． ， 2010 ； 帖靖玺等， 2009 ； Wang et al． ， 2011 ） ． 氨氮是水体中氮的主要形态之一， 其污染来源 多且排放量大， 是水体富营养化的一种主要污染物 （ 唐登勇等， 2010 ） ． 目前， 关于净水污泥吸附氨氮的 ． ， 研究仍鲜见报道 基于此 本研究主要考察碱改性
（ mg · L －1 ） ， V 为 NH + m 为吸附剂投 4 溶液的体积 （ L ） ， w 为去除率． 加量（ g） ， 2． 4 吸附动力学测定 分别取 1． 0 g 改性前、 后吸附剂颗粒置于一系
列 250 mL 的锥形瓶中， 并加入初始浓度为 50 mg· －1 + L 的 NH 4 溶液 50 mL， 在温度 25 ħ 、 转速 120 r· min －1 下进行振荡吸附． 每间隔一定的时间取样， 离 心分离， 取上清液测吸光度． 在不同时刻 t 的吸附量 q t 由式（ 3 ） 计算． qt = （ C0 －C t ） V m （ 3）
Adsorption efficiency of alkalimodified water treatment sludge for ammonia nitrogen in water
ZHANG Yumei1 ，HAN Yixuan1 ，WEI Jie1 ，WANG Dongtian1，2，*
1． College of Chemical，Biological and Materials Engineering，Suzhou University of Science and Technology，Suzhou 215009 2． Jiangsu Key Laboratory of Environmental Functional Materials，Suzhou 215009 Ｒeceived 20 December 2013 ； received in revised form 21 February 2014 ； accepted 8 March 2014
+ 并通过热 净水污泥吸附剂对水中 NH 4 的去除性能， + 力学和动力学数据分析 NH 4 在净水污泥上的吸附 机理．
· min －1 ． 步长 0． 02ʎ ， 扫描速率（ 2 θ） 为 6ʎ 2． 3 吸附等温线的测定 分别称取 1． 0 g 改性前、 后的吸附剂颗粒， 置于 + 20 、 50 、 100 、 150 和 盛有 50 mL 不同 NH 4 浓度 （ 10 、 200 mg·L －1 ） 的锥形瓶中． 分别将实验温度调至 25 ħ 和 35 ħ ， · min －1 的条件下振荡吸附． 在转速 120 r 为了达到吸附饱和， 将吸附时间定为 24 h． 吸附完成 后， 离心分离， 取上清液测其吸光度， 根据标准曲线 计算吸附平衡浓度． 平衡吸附量和去除率分别用式 （ 1 ） 和式（ 2 ） 计算． （ C0 －C t ） V qe = （ 1） m （ C0 －C e ） ˑ100% w= （ 2） C0 q e 为平衡吸附量 （ mg· g －1 ） ， C0 为 NH + 式中， 4 溶液的
2+ 中 Cd 的吸附特性； Hovsepyan 和 Bonzongo （ 2009 ）
称 WTＲS） 是自来水厂生产过程中产生的废弃物 ， 由 、 、 、 大量来自源水中的土壤颗粒 胶体物质 微生物 有 机杂质及絮凝剂等组成． 净水污泥若处理不当会对 生态环境及人类的生存环境构成严重威胁 ． 因此， 科技工作者围绕净水污泥的资源化利用进行了大
temperature and time of adsorption，which were investigated in detail． It was indicated that in weak acid and neutral condition the final concentration of NH + 4 in simulated wastewater could reach the secondary standard of ammonia emissions standard after 120 min adsorption at room temperature at the dosage of 20 g · L －1 for the initial NH + ·L －1 ． The experimental data were fitted to adsorption isothermal models and kinetic models， 4 concentration of 50 mg respectively． It was found that Langmuir isotherm model and pseudosecond order kinetic model were the best fit． The adsorption mechanism of NH + 4 was proven to be electrostatic attraction and ionexchange． Keywords： water treatment sludge； ammonia nitrogen； modification； adsorption； isotherm； kinetics
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引言（ Introduction） 净水污泥 （ Water Treatment Ｒesidual Sludge， 简
2010 ； Makris et al． ， 量的 研 究 工 作 （ Zhao et al． ， 2006 ； Monteiro et al． ， 2008 ） ． 其中， 以净水污泥作为 吸附剂去除水中杂质的研究越来越受到研究人员 的青睐． 例如， 孔丹等 （ 2012 ） 考察了净水污泥对水
碱改性净水污泥对水中氨氮的吸附效能研究
1 1 1 1， 2， * 张玉妹 ， 韩乙萱 ， 魏杰 ， 王东田 1． 苏州科技学院化学生物与材料工程学院 ， 苏州 215009 2． 江苏省环境功能材料重点实验室 ， 苏州 215009 收稿日期： 2013-12-20 修回日期： 2014-02-21 录用日期： 2014-03-08
NH + 摘要： 采用氢氧化钠浸渍法改性净水污泥 ， 研究了碱改性净水污泥对水中 NH + 考察了模拟废水 pH、 吸附剂投加量、 4 的去除性能 ． 同时 ， 4 初 · L －1 时， 始浓度、 吸附温度及吸附时间对吸附性能的影响 ． 结果表明， 当 pH 为弱酸性或中性， 投加碱改性净水污泥 20 g 在室温下对初始浓度为 50 mg · L －1 的 NH + 可达到氨氮排放二级标准． 将实验数据分别用吸附等温模型和动力学模型进行拟合 ， 发现净水 4 模拟废水振荡吸附 120 min ， 且净水污泥对氨氮的吸附包括静电吸引和离子交换两种作用机理． 污泥对 NH + 4 的吸附符合 Langmuir 模型和二级动力学模型 ， 关键词： 净水污泥； 氨氮； 改性； 吸附； 等温线； 动力学 2468 （ 2014 ） 10-2484-07 文章编号： 0253中图分类号： X703 文献标识码： A
Abstract： In this study，alkalimodified water treatment sludge was prepared by impregnated in NaOH． The obtained adsorbent was further applied to
+ remove NH + 4 excessive from water． The adsorption efficiency was influenced by simulated wastewater pH，the dosage，initial NH 4 concentration ，the
第 34 卷第 10 期 2014 年 10 月
DOI： 10． 13671 / j． hjkxxb． 2014． 0648
环 境 科 学 学 报 Acta Scientiae Circumstantiae
Vol． 34 ， No． 10 2014 Oct． ，
34 （ 10 ） ： 2484-2490 张玉妹， 韩乙萱， 魏杰， 等． 2014． 碱改性净水污泥对水中氨氮的吸附效能研究［J］． 环境科学学报， modified water treatment sludge for ammonia nitrogen in water［J］ ． Acta Zhang Y M，Han Y X，Wei J，et al． 2014． Adsorption efficiency of alkali34 （ 10 ） ： 2484-2490 Scientiae Circumstantiae，
－1 + 初始浓 度 （ mg·L ） ，C e 为 NH 4 溶 液 的 平 衡 浓 度
2 2． 1
材料与方法（ Materials and methods） 吸附剂的制备与实验测试方法
所用净水污泥取自苏州某自来水厂， 该水厂利 用铁盐和 铝 盐 作 为 混 凝 剂． 净 水 污 泥 的 含 水 率 为 77% 79% ， AES 分析， Si、 Al、 Fe、 K、 Ca、 Mg、 经 ICP120 目 C、 O 为净水污泥的主要元素． 将此净水污泥首先在 105 ħ 下烘干， 研磨筛分， 取粒径介于 100 之间的颗粒， 然后在 500 ħ 下焙烧 3 h， 得到未改性 净水污泥吸附剂． 将 105 ħ 烘干并研磨筛分后的颗 粒在质量浓度为 5% 的氢氧化钠溶液中浸渍 12 h， 再用蒸馏水洗净、 烘干， 在 500 ħ 下焙烧 3 h， 制成碱 改性净水污泥吸附剂． 实验所用废水为氯化铵模拟废水， 氨氮的测定 ． 采用纳氏试剂 分光光度法 2． 2 吸附剂的表征 采用扫描电子显微镜 （ HITACHI S-4700 ， 日本 岛津 ） 观察样品的微观形貌． BET 比表面测试是采 Sorb 用氮气静态吸附法在比表面积孔径分析仪 （ F外图谱是用溴化钾压片法在傅里叶变换红外光谱 仪（ IＲ Prestige-21 ， 日本岛津 ） 上测定． 采用 XＲD 分 析仪（ D-8， 德国 Brucker） 对样品进行 X 射线衍射分 析， 辐射源为 CuKα ， 管电压 40 kV， 管电流 100 mA，