程 婷

（太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系，山西太原030008）

酸改性沸石處理含磷廢水的制備條件研究

程 婷

（太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系，山西太原030008）

沸石由于其多孔的特性可以作為水體吸附劑，但天然沸石的吸附容量較低，需要通過(guò)改性提高其吸附性能。本文對(duì)沸石進(jìn)行酸改性，探討酸的種類、濃度、時(shí)間、固液比，確定最優(yōu)的改性條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)于處理100 mL，2 mg/L的含磷溶液，鹽酸改性濃度為4 mol/L，改性時(shí)間為2 h，固液比為1∶10，所得最佳磷去除率為50.50%。硫酸改性沸石的最佳條件為硫酸濃度7%，改性時(shí)間2 h，固液比1∶10，磷去除率為45.85%。

沸石；酸改性；去除磷

目前，國(guó)內(nèi)外常用的除磷方法主要有沉淀法、生物法、混凝法、吸附與離子交換法、氧化塘[1-2]。其中，生物除磷法工藝比較復(fù)雜，且難以保證出水水質(zhì)。相對(duì)于生物除磷而言，化學(xué)法除磷的最大弊端是污泥量大，殘留的金屬離子增加了污泥的處理量和處理難度；吸附法則被認(rèn)為是能夠較好地適用于寬濃度范圍的廢水除磷的方法[3-5]。天然沸石又以其成本低和性能優(yōu)越、資源豐富的優(yōu)勢(shì)，成為一種新型除磷吸附材料，但天然沸石吸附容量低的缺點(diǎn)限制了其在廢水除磷方面的應(yīng)用，本文采用不同種類的酸對(duì)沸石進(jìn)行改性，制備一種新型低成本的水處理吸磷劑，為我國(guó)水體的磷污染控制提供支持[6]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1酸改性沸石制備

分別用不同濃度的鹽酸溶液、硫酸溶液浸漬水洗天然沸石，抽濾水洗至中性，烘干備用。

1.2吸附試驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)吸附試驗(yàn)，取一定磷濃度的水樣于錐形瓶中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值，加入適量的吸磷劑，搖勻，置于恒溫?fù)u床中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為120 r/min，進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。

1.3測(cè)定方法

實(shí)驗(yàn)采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893-89）[7]測(cè)定水中總磷濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

用鉬酸銨分光光度法測(cè)得磷標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值。以濃度為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)制出的磷標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。

圖1 磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2酸濃度對(duì)改性沸石去除磷效果的影響

實(shí)驗(yàn)配置硫酸濃度依次為7%、14%、21%、28%、32%、49%、63%，鹽酸濃度為0.0、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0 mol/L，探討改性酸濃度對(duì)于沸石改性效果的影響，并篩選出硫酸和鹽酸的最優(yōu)濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、3所示。

圖3 鹽酸濃度對(duì)去除率的影響

由圖2可以發(fā)現(xiàn)改性沸石去除磷效果隨著硫酸濃度的增加而降低。硫酸濃度為7%時(shí)，磷去除率最高為40%，當(dāng)硫酸濃度超過(guò)28%時(shí)，去除率大幅下降至16.4%，可以推斷，當(dāng)酸濃度過(guò)高的時(shí)候，沸石的晶體結(jié)構(gòu)被破壞使其喪失吸附性能。因此，當(dāng)硫酸濃度為7%時(shí)去除率最高，是最佳的硫酸改性濃度。由圖3可以看出磷的去除率隨著鹽酸濃度的增加而增加并趨于平緩。當(dāng)鹽酸濃度為2 mol/L、4 mol/L和6 mol/L時(shí)，去除率均在47%左右，可見(jiàn)鹽酸對(duì)沸石內(nèi)部某些雜質(zhì)有清除作用，繼續(xù)增加鹽酸濃度，磷去除率增幅較緩，說(shuō)明沸石的結(jié)構(gòu)不再發(fā)生大的變化，對(duì)磷的吸附已趨于飽和[8-10]，因此鹽酸改性沸石的最佳濃度可以選擇為4 mol/L。

2.3改性時(shí)間改性沸石去除磷效果的影響

硫酸濃度為7%，鹽酸濃度為4 mol/L，實(shí)驗(yàn)探討改性時(shí)間對(duì)沸石吸附除磷效果的影響，其結(jié)果如圖4所示。

圖4 酸改性時(shí)間對(duì)磷去除率的影響

由圖4可以看出硫酸改性和鹽酸改性后沸石的除磷率都隨著改性時(shí)間的增加而呈現(xiàn)先增大后降低的結(jié)果。對(duì)于硫酸改性沸石，當(dāng)改性0.5 h時(shí)去除率為14.57%，改性2 h時(shí)去除率增加了約30%，隨后隨著改性時(shí)間的增加去除率的降幅由緩變急，改性4 h時(shí)，去除率相對(duì)改性3 h時(shí)來(lái)說(shuō)下降了約25%。對(duì)于鹽酸改性沸石，用鹽酸改性0.5 h時(shí)磷的去除率為50.5%，當(dāng)改性時(shí)間為2 h時(shí)去除率最高約為60%，隨后除磷率開始下降。硫酸和鹽酸改性沸石的除磷性能變化趨勢(shì)基本相同。酸對(duì)沸石能夠起到某些促進(jìn)作用，如溶解堵塞沸石孔道的某些物質(zhì),使得孔道和通道更加暢通，又比如使得沸石礦物的結(jié)晶構(gòu)造發(fā)生一定程度的變化，可增加吸附活性中心。而改性2 h之后，酸對(duì)沸石的持續(xù)作用會(huì)使得沸石結(jié)構(gòu)發(fā)生超出程度的變化，這樣并不利于沸石的吸附作用，因此越往后，沸石的吸附效果越差。因此硫酸和鹽酸的最佳的改性時(shí)間均為2 h。

2.4固液比對(duì)酸改性沸石去除磷效果的影響

硫酸濃度為7%，鹽酸濃度為4 mol/L，改性時(shí)間均為2 h，實(shí)驗(yàn)設(shè)置固液比分別為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30，探討固液比對(duì)于酸改性沸石吸附除磷效果的影響，其結(jié)果如圖5所示?？梢钥吹焦桃罕葘?duì)于硫酸和鹽酸改性沸石的除磷率影響不是很大，隨著固液比的增加酸改性沸石的除磷率增大的幅度很小?？梢酝茰y(cè)，在投加沸石量、鹽酸濃度以及改性時(shí)間不變的情況下，鹽酸體積適當(dāng)?shù)脑黾佑欣诟纳品惺瘍?nèi)部結(jié)構(gòu)，促進(jìn)沸石的吸附效果，但效果不是很明顯[11-12]。鹽酸改性和硫酸改性相比，沸石的除磷效果要增大的明顯，2種酸的最佳固液比均為1∶10。

圖5 固液比對(duì)磷去除率的影響

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)天然沸石進(jìn)行酸改性和熱改性，采用單因素變量法和靜態(tài)實(shí)驗(yàn)方法，得到以下結(jié)論：

1）對(duì)于100 mL，磷離子濃度為2 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，投入1 g硫酸改性的沸石，在35℃下振蕩吸附100 min，硫酸改性沸石的最佳改性條件為：硫酸濃度為7%，改性時(shí)間為2 h，固液比為1∶10，所得最佳磷去除率為45.85%。

2）對(duì)于100 mL，磷離子濃度為2 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，投入1g鹽酸改性的沸石，在35℃下振蕩吸附100 min，鹽酸改性沸石的最佳改性條件為：鹽酸濃度為4 mol/L，改性時(shí)間為2 h，固液比為1∶10，所得最佳磷去除率為50.50%。

參考文獻(xiàn)

[1]李超,朱邦輝.沸石吸附處理含磷廢水的研究進(jìn)展[J].廣東化工,2010,38(3)：28-30.

[2]Hano T，Takanashi H．Removal of phosphorus from wastewater by activated alumina adsorbent[J].Water Science and Technology，1997，35(7)：39-46

[3]金瑞奔，楊如增，趙建夫，等.沸石在水環(huán)境治理中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景[J].上海地質(zhì)，2004，89(4)：13-15．

[4]肖舉強(qiáng)，于連群，李桂榮，等.活化沸石處理污染水源水研究[J].給水排水，1997，23(6)：16-19

[5]曹建勁.沸石活化及其在水處理中的應(yīng)用研究[J].重慶環(huán)境科學(xué),2003,25(12)：169-176

[6]路佳,徐芳,蔡偉民.天然沸石在環(huán)境治理中應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2004(5)：41-44

[7]張銼昌.沸石吸附性能及其在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào)，1998（3），38-41．

[8]劉遠(yuǎn)金，張新明．天然沸石對(duì)魚塘水及生活污水的氮磷去除效應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，2002，21(4)：331-333．

[9]張楠，張大志.改性沸石除磷影響因素的正交試驗(yàn)分析[J].天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，13(2)：131-134．

[10]Komarowski S Y，Jones P and Mac Dougall A．Removal of nutrients from secondary treated wastewater effluent using natural zeolite．in Biological Nutrient Removal Wastewater[D]．Sydney：Australia Wastewater Association，1994．

[11]張衛(wèi)東.活化沸石對(duì)飲用水的脫附行為的研究及應(yīng)用初探[D].北京：清華大學(xué),1994

[12]陳平.關(guān)于用稀土改性的沸石除水中氟的研究[J].黑龍江商學(xué)院學(xué)報(bào),1994,10(3)：16-18．

The Experimental Study of Prepared Conditions of Acid Modified Zeolite to Treat the Phosphorus Wastement

CHENG Ting
（Department of Envirenment and Safety Engineering,Tai Yuan Institute of Technology,Taiyuan Shanxi,030008）

Natural zeolite can remove phosphorus from wastewater because of its porous properties,and the properties can be improved by modification.This study explored the acid modification method.It determines the optimal modification conditions by changing the kinds of acid,concentration of acid,modification time,solid-liquid ratio,.The result shows that,for 100ml,2mg/L initial phosphorus concentration,,the optimal modification condition was 4mol/L hydrochloric acid,modified time 2h,the solid liquid ratio 1：10,then the phosphorus removal rate was 50.5%;and the density of sulphuric acid 7%,modified time 2h,the solid liquid ratio 1：10,then the phosphorus removal rate was was 45.85%.

zeolite;acid modification;removal of the phosphorus

X506

A

〔責(zé)任編輯 楊德兵〕

1674-0874(2017)01-0035-03

2016-10-16

程婷(1989-)，女，山西長(zhǎng)治人，碩士，助教，研究方向：水污染控制與治理。