活性炭、多孔陶瓷顆粒、硅藻土吸附去除水中氨氮的研究

1、<p>　　活性炭、多孔陶瓷顆粒、硅藻土吸附去除水中氨氮的研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著我國(guó)城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，人民生活水平的不斷提高，我國(guó)用水需求正在不斷增大；同時(shí)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和工業(yè)的不斷發(fā)展，使得水資源保護(hù)壓力越來(lái)越大。水資源短缺和水體污染是目前我國(guó)環(huán)境保護(hù)中亟待解決的問(wèn)題。</p>

2、<p>　　我國(guó)的水體污染主要是由于各種未經(jīng)處理或只經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理的含有有毒有害物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水排入天然水體造成的。水體污染主要分為水體富營(yíng)養(yǎng)化、氨氮污染以及重金屬污染。</p><p>　　本論文中所使用的水樣是實(shí)驗(yàn)室自配的氯化銨溶液模擬氨氮廢水，采用納氏試劑光度法研究吸附劑活性炭、多孔陶瓷顆粒和硅藻土對(duì)模擬氨氮廢水的吸附效果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究吸附劑活性炭、多孔陶瓷顆粒和硅藻土吸附去除氨氮的影響因

3、素，包括吸附劑投加量、pH值和接觸時(shí)間等因素，在此基礎(chǔ)上探究確定吸附劑最佳實(shí)驗(yàn)條件。同時(shí)探尋吸附劑活性炭、多孔陶瓷顆粒和硅藻土的吸附機(jī)理和吸附等溫線，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方程的擬合。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在溫度為293 K，氨氮濃度為50 mg/L的條件下，活性炭的最佳投加比例為2 g/50 mL，最佳反應(yīng)時(shí)間為1 h；多孔陶瓷顆粒的最佳投加比例為9 g/50 mL，最佳吸附時(shí)間為1.5 h；硅藻土的最佳投加

4、比例為4 g/50 mL，最佳吸附反應(yīng)時(shí)間為1.5 h。在pH值對(duì)吸附效果的影響實(shí)驗(yàn)中，酸性和堿性條件對(duì)吸附劑活性炭、多孔陶瓷顆粒和硅藻土均有改性作用，氨氮去除率均高于中性條件。在各吸附劑的最佳實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)溶液pH=7.0時(shí)，氨氮去除率分別為：65.46%、65.87%和64.63%。</p><p>　　關(guān)鍵詞：活性炭，多孔陶瓷，硅藻土，吸附，氨氮</p><p>　　STUDIES

5、ON AMMONIA-NITROGEN REMOVAL FROM WATER WITH ACTIVATED CARBON AND POROUS CERAMIC PARTICLES AND DIATOMITE</p><p><b>　　ABSTERACT</b></p><p>　　Along with the speeding up of urbanization

6、and industrialization and the continuous improvement of people's living standards make the water demand in our country is increasing. At the same time, the rapid development of China's economic and industrial dev

7、elopment, make water resources protection becoming more difficult. Water shortage and water pollution is a problem that should be solved in the environmental protection of our country. </p><p>　　The water po

8、llution in our country is mainly due to a variety of untreated or treated through simple industrial and domestic wastewater which contains toxic and hazardous substances discharged into natural water bodies. Water pollut

9、ion is mainly divided into eutrophication, ammonia nitrogen pollution and heavy metal pollution.</p><p>　　The water samples used in this paper was prepared by ammonium chloride solution in the laboratory. Th

10、e residual ammonia content was measured by Nessler’Sreagent Spectrophotometric. We study the factors of the adsorbents including activated carbon, porous ceramic particles and diatomite which include the adsorbent dosage

11、, pH and contact time etc. And determine the optimum conditions of the adsorbents. On the other hand, we explore the mechanism of adsorption and fit adsorption isotherms of adsorb</p><p>　　The experimental r

12、esults show that the optimal dosing proportion of activated carbon is 2 g/50 mL, and for porous ceramic particles is 9 g/50 mL and for diatomite is 4 g/50 mL under a temperature of 293 K and the conditions of ammonia con

13、centration of 50 mg / L. The optimum reaction time was 1 h for activated carbon, 1.5 h for porous ceramic particles and 1.5 h for diatomite, respectively. The experiments of the effect of pH on the adsorption show that t

14、he adsorbents such as activated carbon, po</p><p>　　KEY WORDS: Activated Carbon, Porous Ceramic Particles, Diatomite, Adsorption, Ammonia-Nitrogen</p><p><b>　　目 錄</b></p><

15、;p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTERACTII</p><p><b>　　目錄III</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 我國(guó)水資源現(xiàn)狀1</p><p&g

16、t;　　1.1.1 水資源短缺1</p><p>　　1.1.2 水體污染1</p><p>　?。?）水體富營(yíng)養(yǎng)化2</p><p>　?。?）氨氮的污染2</p><p>　?。?）重金屬污染3</p><p>　　1.2 污水脫氮技術(shù)研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2.1

17、物理化學(xué)脫氮法3</p><p>　?。?）吹脫 汽提3</p><p>　?。?）化學(xué)沉淀法4</p><p><b>　?。?）電解法4</b></p><p>　　（4）濕式催化氧化法4</p><p><b>　?。?）膜分離法4</b></p&g

18、t;<p>　?。?）折點(diǎn)加氯法4</p><p>　?。?）催化反硝化5</p><p>　?。?）選擇性離子交換法5</p><p><b>　　（9）吸附法5</b></p><p>　　1.2.2 生物脫氮技術(shù)5</p><p>　?。?）傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)5<

19、;/p><p>　?。?）同步硝化反硝化（SND）5</p><p>　?。?）短程硝化反硝化法6</p><p>　?。?）厭氧氨氧化6</p><p>　　1.3 本課題研究的目的、內(nèi)容和意義6</p><p>　　1.3.1 本課題研究的目的和意義6</p><p><b>

20、;　?。?）活性炭6</b></p><p><b>　　（2）多孔陶瓷7</b></p><p><b>　?。?）硅藻土7</b></p><p>　　1.3.2 研究?jī)?nèi)容7</p><p>　　第二章 活性炭吸附去除廢水中氨氮的研究9</p><p&

21、gt;　　2.1 活性炭的發(fā)展及廢水處理上的應(yīng)用9</p><p>　　2.1.1 活性炭的應(yīng)用發(fā)展9</p><p>　?。?）活性炭在凈水處理中的應(yīng)用9</p><p>　?。?）活性炭在廢水處理中的應(yīng)用10</p><p>　　2.1.2 存在問(wèn)題11</p><p>　　2.2 活性炭的結(jié)構(gòu)和吸附機(jī)理

22、11</p><p>　　2.3 活性炭吸附去除廢水中氨氮（NH3-N）的靜態(tài)試驗(yàn)11</p><p>　　2.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器11</p><p>　　2.3.2 實(shí)驗(yàn)藥品、試劑以及水樣12</p><p>　　2.3.3 氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制12</p><p>　?。?）納氏試劑的制備12<

23、/p><p>　?。?）酒石酸鉀鈉溶液的制備13</p><p>　　（3）氨氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液以及使用液的制備13</p><p>　?。?）氫氧化鈉溶液和鹽酸的制備13</p><p>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制13</p><p>　　2.3.4活性炭投加量對(duì)氨氮去除率影響的實(shí)驗(yàn)研究14</p>&l

24、t;p>　?。?）水樣的配置14</p><p>　　（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果14</p><p>　　2.3.5 pH值對(duì)氨氮去除率的影響15</p><p>　　2.3.6 接觸時(shí)間對(duì)氨氮吸附效果的影響15</p><p>　　2.3.7 吸附等溫線的測(cè)定16</p><p>　　2.4 小結(jié)——最佳實(shí)

25、驗(yàn)條件的確定17</p><p>　　第三章 多孔陶瓷吸附去除廢水中氨氮的研究19</p><p>　　3.1 多孔陶瓷的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用19</p><p>　　3.1.1 多孔陶瓷的發(fā)展及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)19</p><p>　　3.1.2 多孔陶瓷的應(yīng)用19</p><p>　　3.2 多孔陶瓷吸附去除廢水中氨

26、氮的實(shí)驗(yàn)研究19</p><p>　　3.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑20</p><p>　　3.2.2 多孔陶瓷顆粒投加量對(duì)吸附效果的影響實(shí)驗(yàn)20</p><p>　　3.2.3 水樣pH值對(duì)陶瓷顆粒吸附去除氨氮的影響研究20</p><p>　　3.2.4 接觸時(shí)間對(duì)氨氮吸附效果的影響實(shí)驗(yàn)21</p><p>

27、;　　3.2.5 多孔陶瓷顆粒吸附氨氮的吸附等溫線22</p><p>　　3.3 本章小結(jié)——最佳實(shí)驗(yàn)條件的確定23</p><p>　　第四章 硅藻土吸附去除廢水中氨氮的研究24</p><p>　　4.1 硅藻土的應(yīng)用及其發(fā)展24</p><p>　　4.1.1 硅藻土的來(lái)源24</p><p>　　

28、4.1.2 硅藻土的功能及其應(yīng)用現(xiàn)狀24</p><p>　?。?）過(guò)濾功能24</p><p>　?。?）吸附功能24</p><p>　　4.2 硅藻土去除廢水中氨氮的實(shí)驗(yàn)研究25</p><p>　　4.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器、試劑以及水樣25</p><p>　　4.2.2硅藻土投加量對(duì)吸附效果的影響實(shí)驗(yàn)

29、25</p><p>　　4.2.3 水樣pH值對(duì)氨氮吸附效果的影響研究26</p><p>　　4.2.4 接觸時(shí)間對(duì)氨氮吸附效果的影響實(shí)驗(yàn)26</p><p>　　4.2.5 硅藻土吸附氨氮的吸附等溫線27</p><p>　　4.3 小結(jié)——最佳實(shí)驗(yàn)條件的確定28</p><p>　　第五章 吸附動(dòng)力學(xué)

30、分析29</p><p><b>　　5.1 吸附29</b></p><p>　　5.2 吸附動(dòng)力學(xué)29</p><p>　　5.2.1 吸附動(dòng)力學(xué)29</p><p>　　5.2.2 吸附過(guò)程29</p><p>　　（1）顆粒外部擴(kuò)散（又稱膜擴(kuò)散）階段29</p>

31、<p>　　（2）顆粒內(nèi)部擴(kuò)散階段29</p><p>　?。?）吸附反應(yīng)階段30</p><p>　　5.3 吸附動(dòng)力學(xué)方程的擬合30</p><p>　　5.3.1 偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的擬合30</p><p>　　5.3.2 偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的擬合31</p><p>　　5.3.3 La

32、ngmuir吸附等溫方程的擬合32</p><p>　　5.3.4 Freundlich吸附等溫方程的擬合33</p><p>　　5.3.5 動(dòng)力學(xué)方程擬合綜合分析34</p><p>　　第六章 結(jié)論與建議35</p><p><b>　　6.1 結(jié)論35</b></p><p&g

33、t;　　6.1.1 活性炭吸附去除氨氮的實(shí)驗(yàn)研究35</p><p>　　6.1.2 多孔陶瓷顆粒吸附去除氨氮的實(shí)驗(yàn)研究35</p><p>　　6.1.3 硅藻土吸附去除氨氮的實(shí)驗(yàn)研究36</p><p><b>　　6.2 建議36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b&g

34、t;</p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 我國(guó)水資源現(xiàn)狀</p><p>　　1.1.1 水資源短缺</p><p>　　眾所周知，水是地球上最重要的自然資源，是人類賴以生存的基本條件

35、，是所有生物的結(jié)構(gòu)組成和生命活動(dòng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。從整個(gè)生態(tài)范圍來(lái)講，水是生態(tài)系統(tǒng)中最重要的鏈接環(huán)節(jié)，水的循環(huán)流動(dòng)和凈化伴隨著整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此水在自然環(huán)境中，對(duì)于生物的生存來(lái)說(shuō)具有決定性的意義。因此，水資源的合理利用與保護(hù)是關(guān)系到人類可持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題。</p><p>　　隨著我國(guó)城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，人民生活水平的不斷提高，用水需求量不斷加大。同時(shí)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快速增長(zhǎng)和水資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)的大力開(kāi)展

36、，水資源保護(hù)壓力越來(lái)越大。</p><p>　　我國(guó)水資源總量雖然較多，但人均量并不豐富；而且地區(qū)分布不均，水土資源組合不平衡。我國(guó)是一個(gè)水資源貧乏的國(guó)家，人均水資源占有量?jī)H為世界水平的1/4[1]，是全球13個(gè)貧水國(guó)家之一。</p><p>　　我國(guó)有1/4的地區(qū)處于嚴(yán)重缺水狀態(tài)，有1/10的地區(qū)人均水量低于基本生存線。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市缺水問(wèn)題日益嚴(yán)重，缺水范圍不

37、斷擴(kuò)大，缺水程度不斷增加。水資源的匱乏，成為了制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高的重要因素。根據(jù)水利部門預(yù)測(cè)，到2050年，全國(guó)總需水量將接近或達(dá)到可合理利用水量的極限，我國(guó)未來(lái)水資源的形勢(shì)將十分嚴(yán)峻[2]。另一方面，水資源的污染狀況的日益加劇，進(jìn)一步加劇了我國(guó)水資源短缺的問(wèn)題。</p><p>　　1.1.2 水體污染</p><p>　　工業(yè)的不斷發(fā)展在給人們的生活創(chuàng)造極大便利的同時(shí)，

38、對(duì)人類賴以生存的環(huán)境也帶來(lái)了極大地破壞。大量含有各種有毒有害物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水未經(jīng)處理或只經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理便排入天然水體，造成了水資源的嚴(yán)重污染。</p><p>　　就全國(guó)范圍內(nèi)而言，我國(guó)水污染主要以有機(jī)物污染為主，其中主要污染指標(biāo)為BOD、COD和氨氮等。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，2007年，全國(guó)廢水排放總量556.8億噸，比上年增加3.7％。其中工業(yè)廢水排放量為246.6億噸，占廢水排放總量的44.3％，比上年增加

39、了2.7％；城鎮(zhèn)生活污水排放量310.2億噸，占廢水排放總量的55.7％，比上年增加4.6％。</p><p>　　2007年，我國(guó)七大水系的197條河流的408個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中，Ⅰ~Ⅲ類，Ⅳ和Ⅴ類水質(zhì)的斷面比例分別為49.9％，26.5％和23.6％。其中珠江、長(zhǎng)江總體水質(zhì)良好，松花江為輕度污染，黃河、淮河為中度污染，遼河、海河為重度污染。主要污染指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)、石油類和氨氮。</p><p

40、>　　28個(gè)國(guó)控重點(diǎn)湖泊（水庫(kù)）中，滿足Ⅱ類水質(zhì)的湖（庫(kù)）2個(gè)（占7％），Ⅲ類水質(zhì)的湖（庫(kù)）6個(gè)（占22％），Ⅳ類水質(zhì)的湖（庫(kù)）1個(gè)（占4％），Ⅴ類水質(zhì)的湖（庫(kù)）5個(gè)（占19％），劣Ⅴ類水質(zhì)的湖（庫(kù)）13個(gè)（占48％）。其中巢湖為Ⅴ類水質(zhì)，太湖和滇池為劣Ⅴ類水質(zhì)。主要污染指標(biāo)為總氮和總磷[3]。</p><p>　　我國(guó)的水體污染主要有以下幾種情況：</p><p><b>

41、;　?。?）水體富營(yíng)養(yǎng)化</b></p><p>　　富營(yíng)養(yǎng)化是指生物所需的氮、磷等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等相對(duì)封閉、水流緩慢的水體，在適宜的外界環(huán)境(水域的物理化學(xué)環(huán)境)因素綜合作用下，引起藻類及其它浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其它生物大量死亡的現(xiàn)象。</p><p>　　水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象時(shí)，浮游藻類大量繁殖，因占優(yōu)勢(shì)的浮游藻類顏色不

42、同，水面往往呈現(xiàn)藍(lán)色、紅色、棕色、乳白色等。這種現(xiàn)象在江河湖泊中稱為“水華”，在海洋中則稱為“赤潮”[4]。我國(guó)近年來(lái)湖泊、水庫(kù)、海灣等水體的富營(yíng)養(yǎng)化時(shí)有發(fā)生。</p><p>　　水體富營(yíng)養(yǎng)化的危害主要有[5]：1) 富營(yíng)養(yǎng)化水體中的一些藻類釋放出腥味異臭，使水味變得腥臭難聞，并污染周圍空氣； 2) 降低水體的透明度，從而影響水體的感觀性能；3) 影響水體的溶解氧，由于水體下層出于厭氧狀態(tài)，從而引起底層需氧生物

43、的死亡以及觸發(fā)底泥中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放；4) 富營(yíng)養(yǎng)化水體的一些藻類能分泌藻毒素，危害水源地周圍的人畜；5) 過(guò)量的藻類、厭氧產(chǎn)生的硫化氫和氨氮等、藻類分泌的藻毒素都能影響供水水質(zhì)，并增加制水成本；6) 對(duì)水生生態(tài)的造成破壞，破壞了富營(yíng)養(yǎng)化水體的生態(tài)平衡。</p><p><b>　　（2）氨氮的污染</b></p><p>　　氮是自然界中主要的元素之一，它在自然界中不

44、斷的轉(zhuǎn)化和循環(huán)，氮?dú)馐堑钪饕拇嬖谛问健Ｗ匀唤缰械陌钡煞譃橛袡C(jī)氮和無(wú)機(jī)氮兩大類[6, 7]。有機(jī)氮包括氨基酸、蛋白氮、尿素和多肽等。它們的主要來(lái)源有：生活污水；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的化肥；植物秸稈、牲畜糞便以及制革、印染、食品加工等行業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)廢水。無(wú)機(jī)氮主要是指氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮。亞硝酸鹽氮不穩(wěn)定容易被還原成氨氮或氧化為硝酸鹽氮。無(wú)機(jī)氮主要來(lái)源于有機(jī)氮的分解、轉(zhuǎn)化。</p><p>　　氨氮常以游離態(tài)的氨或

45、者銨根離子等形式存在于水體中，它是進(jìn)入水體的含銨化合物或有機(jī)氮化合物經(jīng)微生物分解后的最終產(chǎn)物，在有氧存在的條件下，可進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛猁}和硝酸鹽。氨氮對(duì)人體有一定的危害，進(jìn)入人體而合成亞硝基化合物，誘發(fā)癌變。飲用水中硝酸鹽氮超過(guò)500mg/L[8]時(shí)能引起腸胃障礙，能刺激膀胱的粘液層而出現(xiàn)尿頻和腹瀉癥狀[9]。因此，國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氨氮及總氮指數(shù)作了嚴(yán)格規(guī)定。</p><p>　　含氮化合物進(jìn)行氨化和硝化過(guò)程后形

46、成的硝酸鹽在缺氧、酸性的條件下，可還原形成亞硝酸鹽，進(jìn)而形成亞硝胺。亞硝胺是三致（致突變、致癌、致畸形）物質(zhì)，且上述轉(zhuǎn)化過(guò)程也可在人胃內(nèi)進(jìn)行，可見(jiàn)，氨氮污染會(huì)對(duì)人類產(chǎn)生很大的危害。氨氮污染的主要危害可以歸納為：1) 干擾正常水體的溶解氧平衡，進(jìn)一步促使水質(zhì)惡化；2) 影響水源水質(zhì)，增加水處理負(fù)擔(dān)；3) 加速水體富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程；4) 部分含氮化合物（如亞硝胺）對(duì)人體和生物的毒害作用；5) 惡化水體感官，降低水體美學(xué)價(jià)值。</p>

47、<p>　　目前我國(guó)地下水中氨氮、硝酸銨含量超過(guò)飲用水標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)還很多，地方性疾病也伴隨產(chǎn)生。因此，必須采取能夠有效去除氨氮的措施，以改善飲用水的質(zhì)量。</p><p><b>　?。?）重金屬污染</b></p><p>　　重金屬污染是水污染問(wèn)題中危害最大的問(wèn)題之一。</p><p>　　重金屬通過(guò)礦山開(kāi)采、金屬冶煉、金屬加工

48、及化工生產(chǎn)、化石燃料燃燒、農(nóng)藥化肥和生活垃圾等人為污染源，以及地質(zhì)侵蝕、風(fēng)化等天然源形式進(jìn)入水體[10]。加之重金屬具有毒性大、在環(huán)境中不易被代謝、易被生物富集并具有生物放大效應(yīng)等特點(diǎn)[11]，不但污染水環(huán)境，同時(shí)給人類和水生生物的生存帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。</p><p>　　污染水體的重金屬主要有銅（Cu）、鉛（Pb）、汞（Hg）、鉻（Cr）、鎘（Cd）以及類金屬砷（As）等。</p><p&g

49、t;　　1.2 污水脫氮技術(shù)研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 物理化學(xué)脫氮法</p><p><b>　?。?）吹脫 汽提</b></p><p>　　吹脫法和汽提法的原理是利用廢水中氨氮的實(shí)際濃度與平衡濃度之間差異，堿性條件下，用空氣等載氣吹脫或用蒸汽汽提，將廢水中的氨氮不斷地由液相轉(zhuǎn)移到氣相中，從而達(dá)到從廢水中去除氨氮的目的。吹脫

50、法和汽提法可用于去除廢水中高濃度氨氮。</p><p>　　廢水中的氨氮通常以按根離子(NH4+)和游離氨(NH3)的狀態(tài)存在于水中并保持一定的平衡。先將廢水pH值調(diào)節(jié)至堿性，然后把廢水通過(guò)水泵引入吹脫塔內(nèi)，通氣吹脫廢水中的游離態(tài)氨（NH3）。</p><p>　　吹脫過(guò)程中，pH、水溫、水力負(fù)荷及氣水比都對(duì)吹脫效果有較大影響。一般來(lái)說(shuō)， pH要控制在10.5~11.5；水溫應(yīng)大于10℃；

51、水力負(fù)荷為2.5~5m3/(m2. h)；氣水比為2500~5000m3/m3。吹脫法除氨，去除率可達(dá)60%-95%，吳方同[12]在溫度25 ℃，pH值為10.5-11.5，氣液比2900-3600m3/m3時(shí)處理垃圾滲濾液，氨的吹脫效率達(dá)95%以上。該法流程簡(jiǎn)單，處理效果穩(wěn)定，但水溫低時(shí)吹脫效率低，不適合在寒冷的冬季使用。</p><p>　　汽提法是用蒸汽將廢水中的游離態(tài)氨轉(zhuǎn)變?yōu)榘睔庖莩?，機(jī)理與吹脫法一樣，

52、是一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程，即在堿性條件下，使廢水與氣體密切接觸，從而降低廢水中氨濃度的過(guò)程。</p><p>　　傳質(zhì)推動(dòng)力是氣體中氨的分壓與廢水中氨的濃度相當(dāng)?shù)钠胶夥謮褐?。延長(zhǎng)接觸時(shí)間和增加氣水接觸緊密程度可提高氨氮的去除率，填料塔即可滿足此要求。塔內(nèi)填料或充填物可以通過(guò)浸潤(rùn)表面或在整個(gè)塔內(nèi)形成小水滴或生成薄膜來(lái)增加氣水接觸時(shí)間。汽提法適用于處理含高濃度氨氮且連續(xù)排放的廢水，操作條件與吹脫法類似，對(duì)氨氮的去除率可達(dá)97

53、%以上。但是塔內(nèi)容易形成水垢，影響操作條件，降低氨氮的去除率。</p><p>　　含氨的吹脫后空氣和汽提氣可用稀硫酸或廢酸液進(jìn)行洗滌吸收回收，作為肥料使用，從而達(dá)到廢物的綜合利用的目的。</p><p><b>　?。?）化學(xué)沉淀法</b></p><p>　　化學(xué)沉淀法應(yīng)用于廢水處理開(kāi)始于20世紀(jì)60年代，基本原理是通過(guò)向廢水中投加Mg 2

54、+和PO4 3-，與廢水中的NH4+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成難溶的復(fù)鹽MgNH4P04·6H20(簡(jiǎn)稱MAP)沉淀物，進(jìn)而達(dá)到去除廢水中氨氮的目的，反應(yīng)方程式為：。</p><p>　　沉淀物（MgNH4P04·6H20）是堿式鹽，在酸性條件下易溶解，因此沉淀反應(yīng)應(yīng)在PH較高的條件下進(jìn)行。此方法工藝簡(jiǎn)單，但藥劑消耗量較大，加大了污水處理成本。</p><p><b>

55、　　（3）電解法</b></p><p>　　電解反應(yīng)的陽(yáng)極具有較強(qiáng)的氧化性，能將NH3-N氧化，如在電解槽中加入NaCl，生成ClO-，具有強(qiáng)氧化性，亦可氧化氨氮。該方法在操作條件適宜的情況下，氨氮去除率較高，最高可達(dá)100％，但是耗電量大（以COD計(jì)耗電量為55kwh/kg）。</p><p>　?。?）濕式催化氧化法</p><p>　　濕式催化氧

56、化法是指在一定溫度壓力下，在催化劑的作用下，以空氣或氧氣為氧化劑使污水中的有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮氧化分解成CO2、H2O及N2等無(wú)害物質(zhì)，以達(dá)到脫氮的目的。目前已有的催化濕式氧化技術(shù)處理焦化廢水，氨氮的去除率可達(dá)99％以上。</p><p><b>　?。?）膜分離法</b></p><p>　　膜分離法是指利用天然的或人工合成的具有選擇性的膜，在外界壓力或化學(xué)位差的推動(dòng)下，

57、實(shí)現(xiàn)不同組分分離的過(guò)程。用于廢水脫氮的膜分離法主要有反滲透和電滲析兩種。用于分離的膜具有選擇透過(guò)性，常用的反滲透膜主要是醋酸酯膜。</p><p><b>　?。?）折點(diǎn)加氯法</b></p><p>　　將過(guò)量的氯氣或次氯酸鈉加入廢水中，當(dāng)達(dá)到某一臨界點(diǎn)時(shí)，廢水中的游離氯含量較低，氨氮含量接近于零；繼續(xù)通入氯氣或加入次氯酸鈉時(shí)，廢水中的游離氯含量開(kāi)始上升。該臨界點(diǎn)通

58、常被稱為這點(diǎn)，在此狀態(tài)下的氯化稱為折點(diǎn)氯化，廢水中的氨氮被氧化成N2而被脫去。</p><p><b>　　反應(yīng)過(guò)程如下：</b></p><p><b>　?。?）催化反硝化</b></p><p>　　催化反硝化是以氫氣（H2）為還原劑，在催化劑作用下，將硝酸氮（NO3-N）還原成無(wú)害的氮?dú)猓∟2）的過(guò)程。該方法具有反

59、應(yīng)快、不改變?cè)煞?、不產(chǎn)生二次污染、反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。被認(rèn)為是目前最具有發(fā)展前景的脫氮技術(shù)之一。</p><p>　?。?）選擇性離子交換法</p><p>　　選擇性離子交換法進(jìn)行脫氮是指借助離子交換柱內(nèi)離子交換劑上的離子與廢水中銨根離子（NH4+）發(fā)生交換，從而達(dá)到從廢水中去除氮的目的。</p><p><b>　?。?）吸附法</b&g

60、t;</p><p>　　吸附法就是利用多孔性的固體材料，將廢水中的物質(zhì)如氨氮等被吸附于吸附材料表面從而將廢水中的氨氮被去除的方法。吸附法是目前較為成熟的，應(yīng)用范圍較廣的水處理方法之一。</p><p>　　1.2.2 生物脫氮技術(shù)</p><p>　　（1）傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)</p><p>　　傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)是基于微生物的硝化和反硝化作用

61、而產(chǎn)生的。硝化作用是指在好氧條件下，自養(yǎng)型微生物將氨氮氧化為亞硝態(tài)氮（NO2-N）和硝態(tài)氮（NO3-N）的過(guò)程；反硝化作用是指在缺氧或厭氧狀態(tài)下異養(yǎng)型反硝化細(xì)菌將亞硝態(tài)氮（NO2-N）和硝態(tài)氮（NO3-N）進(jìn)一步還原成氮?dú)猓∟2）的過(guò)程。</p><p>　　目前，廢水脫氮技術(shù)最常用的方法就是聯(lián)合微生物的硝化和反硝化作用，進(jìn)而達(dá)到生物脫氮的目的。第一步由亞硝化細(xì)菌將氨氮氧化為亞硝酸鹽再由硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽進(jìn)一步氧

62、化成硝酸鹽，第二部則是在多種微生物的共同作用下，將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成氮?dú)舛尫诺娇諝庵校瑥亩鴱膹U水中去除含氮化合物。</p><p>　　目前的脫氮工藝都是將反應(yīng)器分為好氧區(qū)和缺氧區(qū)（或厭氧區(qū)），在不同的反應(yīng)器中分別進(jìn)行硝化和反硝化反應(yīng)。</p><p>　　傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)存在以下問(wèn)題：</p><p>　　硝化細(xì)菌是自養(yǎng)型微生物，生長(zhǎng)和時(shí)代周期較長(zhǎng)；<

63、;/p><p>　　硝化細(xì)菌對(duì)水質(zhì)水量的抗沖擊負(fù)荷能力較低，易導(dǎo)致出水水質(zhì)不穩(wěn)定；</p><p>　　硝化和反硝化過(guò)程在時(shí)間和空間上難以統(tǒng)一，脫氮效率較低；</p><p>　　某些工業(yè)廢水需要外加碳源才能進(jìn)行生物脫氮，且出水中有殘留有機(jī)物，必須進(jìn)行后曝氣處理，在增加能耗的同時(shí)也增大資源浪費(fèi)。</p><p>　?。?）同步硝化反硝化（SND）

64、</p><p>　　同步硝化反硝化（SND）[13-15]，是指在同一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)發(fā)生硝化和反硝化反應(yīng)。其作用機(jī)理主要有3種理論：宏觀環(huán)境理論，微觀環(huán)境理論和微生物理論。</p><p>　　宏觀環(huán)境理論是指由于曝氣分布的不均勻性使得反應(yīng)器內(nèi)形成好養(yǎng)段、缺氧段或厭氧段，即生物反應(yīng)器的宏觀環(huán)境。微觀環(huán)境理論是指由于由于溶解氧擴(kuò)散作用，使得微生物體內(nèi)形成溶解氧濃度梯度，進(jìn)而導(dǎo)致微觀環(huán)境上的

65、同步硝化和反硝化過(guò)程。微生物理論則是某些特殊微生物種群的存在可以使同步硝化反硝化的發(fā)生，這些微生物種群不僅可以在好氧條件下進(jìn)行反硝化反應(yīng)，而且可以在缺氧條件下發(fā)生硝化反應(yīng)[16]。</p><p>　　同步硝化反硝化工藝操作簡(jiǎn)單、占地面積小、周期短、處理效果好；但由于絮凝體在為缺氧區(qū)的形成不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致處理效果出現(xiàn)波動(dòng)，使出水水質(zhì)難以穩(wěn)定保持在某一水平。</p><p>　　（3）短程硝

66、化反硝化法</p><p>　　短程硝化反硝化就是將硝化過(guò)程控制在亞硝酸鹽（NO2-）階段，不經(jīng)過(guò)氧化二直接進(jìn)行反硝化過(guò)程。該工藝不經(jīng)過(guò)生成硝酸鹽這一過(guò)程，減少了對(duì)底物和供氧的需求，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。</p><p>　　短程硝化反硝化工藝不需要外加碳源、反應(yīng)時(shí)間短、污泥產(chǎn)量低且能耗較低，占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低于傳統(tǒng)脫氮工藝。但是系統(tǒng)達(dá)到足夠的生物濃度所需的時(shí)間較長(zhǎng)，且關(guān)于實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽

67、穩(wěn)定積累的技術(shù)還不成熟，需要進(jìn)一步研究。</p><p><b>　?。?）厭氧氨氧化</b></p><p>　　厭氧氨氧化法（ANAMMOX）是指在厭氧條件下，微生物直接將NH4+、NO2-、NO3-轉(zhuǎn)變成N2的生物氧化過(guò)程[17]。</p><p>　　與傳統(tǒng)工藝相比，ANAMMOX工藝不需要供氧，不需要外加碳源，不需要外加酸堿調(diào)節(jié)劑，不

68、產(chǎn)生二次污染，運(yùn)行費(fèi)用較低，污泥產(chǎn)量大幅度減少，是目前最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)潔的生物脫氮工藝。但是厭氧氨氧化細(xì)菌對(duì)溶解氧濃度敏感，而且生長(zhǎng)速度緩慢，對(duì)操作條件要求較高。因此，要將ANAMMOX工藝推廣應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。</p><p>　　1.3 本課題研究的目的、內(nèi)容和意義</p><p>　　1.3.1 本課題研究的目的和意義</p><p>　　吸附法作為處理廢水中

69、氨氮的重要手段，在實(shí)際生活中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，尋找一種較為廉價(jià)、易于獲得且對(duì)環(huán)境無(wú)污染的吸附材料，在提高廢水處理的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，降低廢水處理成本的同時(shí)具備較高的凈化去除效率是當(dāng)前環(huán)保課題中亟需解決的問(wèn)題。</p><p><b>　?。?）活性炭</b></p><p>　　活性炭是目前生產(chǎn)生活中應(yīng)用范圍最廣的吸附材料之一?；钚蕴渴怯珊嘉镔|(zhì)經(jīng)過(guò)炭化和活化等一系列物

70、理化學(xué)處理制備而成的炭結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的活性炭吸附材料主要包括粉末活性炭和顆?；钚蕴?。由于活性炭具有多分散性的孔隙結(jié)構(gòu)，具有良好的吸附能力；由于是炭結(jié)構(gòu)，故而具有較強(qiáng)的物理化學(xué)穩(wěn)定性；同時(shí)失效后易于再生獲得。這些特點(diǎn)決定了活性炭在環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、交通等諸多方面為人類社會(huì)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)?；钚蕴坎粌H能用于去除水中的色、臭、味，而且對(duì)各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的去除也有很好的效果。</p><p><b>　　

71、（2）多孔陶瓷</b></p><p>　　多孔陶瓷材料，是一種新型的陶瓷材料，是一種經(jīng)過(guò)高溫煅燒，在形成于燒結(jié)過(guò)程中在材料內(nèi)部形成大量氣孔的新型陶瓷材料。多孔陶瓷材料具有孔隙率率高、透氣阻力小、體積密度較小并具有發(fā)達(dá)的比表面和獨(dú)特的物理表面特性。加上陶瓷材料本身特有的耐腐蝕、耐高溫以及較高的化學(xué)穩(wěn)定性和硬度，使得多孔陶瓷材料在過(guò)濾、凈化分離、催化劑載體、生物材料、減震、保溫等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。主要

72、有硅酸鹽材料、硅鋁酸鹽材料、硅藻土質(zhì)材料、剛玉和金剛砂材料等。由于其具有較高的比表面和孔隙率，因此具有較高的吸附性能。當(dāng)濾液通過(guò)時(shí)，能夠吸附和截留水中的懸浮物、膠體顆粒等污染物，目前多用于處理重金屬工業(yè)廢水以及用作生物濾池的生物載體（濾料）。</p><p><b>　?。?）硅藻土</b></p><p>　　硅藻土，在我國(guó)資源十分豐富。我國(guó)目前發(fā)現(xiàn)的硅藻土礦區(qū)遍及

73、全國(guó)14個(gè)省區(qū)，儲(chǔ)量豐富。由于其具有隔音、隔熱、漂泊等特點(diǎn)，在上世紀(jì)50年代，被廣泛地用于生產(chǎn)保溫材料、輕質(zhì)磚、有機(jī)溶劑載體等領(lǐng)域。近年來(lái)，硅藻土開(kāi)始被用作飲料、釀酒行業(yè)的助凝劑。同時(shí)，硅藻土本身具有大量且有序排列的微孔結(jié)構(gòu)，具有很大的比表面積，具有很強(qiáng)的吸附能力以及較大的吸附容量，因此硅藻土是天然的納米材料，能夠吸收自身3~4倍的質(zhì)量的其他物質(zhì)。 但是由于其應(yīng)用領(lǐng)域的限制，使其功能難以得到充分的發(fā)揮，在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用有限。因此，擴(kuò)大硅

74、藻土在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用范圍是非常有必要的。</p><p>　　本文根據(jù)目前我國(guó)氨氮類污染物的處理現(xiàn)狀，以目前已有的吸附材料，如活性炭、多孔陶瓷和硅藻土為基礎(chǔ)，拓展吸附材料在氨氮去除中的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件的控制、不同材料之間的優(yōu)化組合，以達(dá)到找尋出對(duì)于去除污水中氨氮具有較好應(yīng)用前景的技術(shù)方法的目的。</p><p>　　1.3.2 研究?jī)?nèi)容</p><p>　　

75、本課題針對(duì)不同吸附材料對(duì)污水中氨氮的吸附容量、吸附曲線及其影響因素的研究，結(jié)合本地污水處理工藝，通過(guò)優(yōu)化篩選，提出具有較高吸附容量且經(jīng)濟(jì)可行的氨氮吸附材料。</p><p>　　主要工作內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：</p><p>　　活性炭吸附處理廢水中氨氮的處理效果以及影響因素的研究，確定氨氮吸附最佳實(shí)驗(yàn)條件；</p><p>　　多孔陶瓷材料吸附去除廢水中氨氮的處理效

76、果及其影響因素的研究，并確定氨氮吸附最佳實(shí)驗(yàn)條件；</p><p>　　硅藻土吸附去除廢水中氨氮的處理效果及其影響因素的研究，并確定氨氮吸附最佳實(shí)驗(yàn)條件。</p><p>　　第二章 活性炭吸附去除廢水中氨氮的研究</p><p>　　2.1 活性炭的發(fā)展及廢水處理上的應(yīng)用</p><p>　　2.1.1 活性炭的應(yīng)用發(fā)展</p>

77、;<p>　　活性炭由于其具有比表面和孔隙率大等特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的吸附性能，穩(wěn)定的物理化學(xué)特性以及失效后再生方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、科技、農(nóng)藥、交通、工業(yè)、醫(yī)藥以及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，在推動(dòng)社會(huì)發(fā)展上做出了巨大貢獻(xiàn)[18]?；钚蕴吭谒幚碇?，不僅能夠有效降低水的色度、去除異味、除臭，并且對(duì)于水中的各種有機(jī)物也有很好的去除效果。</p><p>　　木炭在很久以前被用作燃料以及冶金工藝。據(jù)記載，公元前

78、1550年，在埃及木炭被醫(yī)用化。公元前460~359年，希臘名醫(yī)Hippocrate用木炭來(lái)治療羊癲瘋。1794年英國(guó)某糖廠用木炭加速脫色。Mllier發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)處理后的木炭具有共吸現(xiàn)象，從而奠定了吸附理論的基礎(chǔ)。20世紀(jì)初葉，Osrtejko發(fā)明了活性炭的制備方法。1911年，活性炭在維也納某工廠首次用于工業(yè)生產(chǎn)。</p><p>　　百十年來(lái)，活性炭被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。20世紀(jì)20年代，活性炭被應(yīng)用于防毒面具

79、制造，是工業(yè)化學(xué)史上輝煌的一頁(yè)。防毒面具的應(yīng)用，推動(dòng)擴(kuò)大了活性炭的應(yīng)用市場(chǎng)，使得其吸附性能在各方面得到不斷開(kāi)發(fā)。20世紀(jì)40年代，活性炭被應(yīng)用于自來(lái)水廠除臭。20世紀(jì)后期，活性炭從凈水領(lǐng)域進(jìn)入氣體凈化領(lǐng)域，從而使環(huán)保業(yè)成為活性炭應(yīng)用較多的產(chǎn)業(yè)。活性炭的應(yīng)用遍及各個(gè)領(lǐng)域：工業(yè)上被用作催化劑載體以及用于回收有機(jī)溶劑、貴金屬等；醫(yī)藥上，活性炭被開(kāi)發(fā)的應(yīng)用有口服活性炭和注射用活性炭；水處理方面，活性炭與其他方法聯(lián)合進(jìn)行水質(zhì)處理，如臭氧氧化-活性

80、炭處理法、活性炭吸附-生物膜處理法。</p><p>　　活性炭技術(shù)在我國(guó)研究起步較晚。我國(guó)制藥以及化工行業(yè)所使用的活性炭在20世紀(jì)40年代以前都是從國(guó)外進(jìn)口。20世紀(jì)50年代初，國(guó)產(chǎn)的活性炭才開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。1960年，太原簡(jiǎn)歷第一座斯列普爐，從而才是生產(chǎn)顆粒狀煤質(zhì)活性炭。從20世紀(jì)60年代到80年代這20年間，我國(guó)活性炭的生產(chǎn)技術(shù)和規(guī)模得到不斷的發(fā)展。80年代后期，通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，我國(guó)活性炭的生產(chǎn)以

81、及應(yīng)用得到了極大地發(fā)展。在水處理方面，活性炭的應(yīng)用使得水處理效果大大提高，而且降低了處理成本。</p><p>　?。?）活性炭在凈水處理中的應(yīng)用</p><p>　　從20世紀(jì)40年代，活性炭被應(yīng)用于自來(lái)水廠除臭開(kāi)始，活性炭被廣泛的應(yīng)用于凈水處理?；钚蕴吭趦羲幚砉に囍械膽?yīng)用主要分為以下三個(gè)方面：</p><p>　　用于生活飲用水的除污染處理，主要用于去除飲用水

82、中的色、臭、味以及酚類、鹵代烴和余氯等；</p><p>　　用于制備高純水的預(yù)處理工藝，在進(jìn)行離子交換工藝之前去除水中的有機(jī)物、微生物、膠體以及余氯等，防止有機(jī)物對(duì)離子交換樹脂的污染，從而影響其交換能力和使用壽命；</p><p>　　被用于凈水器中的吸附材料，去除水中有機(jī)物、余氯、重金屬等雜質(zhì)，改善飲用水水質(zhì)。</p><p>　?。?）活性炭在廢水處理中的應(yīng)用

83、</p><p>　　活性炭是目前水處理匯總普遍采用的吸附劑，研究表明，活性炭不僅對(duì)水中溶解的有機(jī)物如苯類化合物、酚類化合物、石油及石油產(chǎn)品等具有較強(qiáng)的吸附能力；而且對(duì)生物法及其他方法難以去除的有機(jī)物，如色度、表面活性物質(zhì)、胺類化合物、農(nóng)藥、合成洗滌劑及重金屬等都有較好的去除效果。且活性炭達(dá)到飽和后，可以脫附再生，回收吸附質(zhì)，進(jìn)行重復(fù)使用?；钚蕴吭趶U水處理中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面[19, 20]：</p&

84、gt;<p>　　活性炭處理重金屬?gòu)U水</p><p>　　隨著電鍍業(yè)、氯堿工業(yè)等工業(yè)的迅猛發(fā)展，大量含有重金屬的廢水對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的危害，廢水中的重金屬離子主要有鉻、鎘、汞、鉛、銅以及類金屬砷等?；钚蕴繉?duì)廢水中的重金屬離子具有有效的吸附性能，目前大量的應(yīng)用于重金屬?gòu)U水的吸附處理工藝。</p><p><b>　　活性炭處理印染廢水</b>

85、</p><p>　　紡織工業(yè)帶動(dòng)了染料生產(chǎn)的發(fā)展，據(jù)資料顯示，全球每年染料產(chǎn)量超過(guò)700000噸，但其中2％則以廢水形式進(jìn)入水體，影響水體觀賞價(jià)值，影響水生植物的光合作用，進(jìn)而破壞水生生態(tài)平衡。</p><p>　　活性炭巨大的比表面能夠有效的去除廢水中的染料，降低水的色度。吸附的染料進(jìn)行回收利用，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)節(jié)約了資源。</p><p>　　活性炭處理處理廢

86、水中的CODCr</p><p>　　活性炭對(duì)于相對(duì)分子質(zhì)量小于3000，特別是相對(duì)分子質(zhì)量在500~1000之間的有機(jī)物吸附作用較強(qiáng)。在改善水質(zhì)效果的深度處理工藝中，活性炭吸附石完善常規(guī)污水處理工藝去除有機(jī)物最成熟有效的方法之一。能夠有效去除水中有機(jī)物，降低水中COD，提高出水水質(zhì)。同時(shí)兼具對(duì)水質(zhì)、水量的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　活性炭處理含氰、含酚以及農(nóng)藥廢水&

87、lt;/p><p>　　活性炭對(duì)氰類化合物、酚類化合物以及農(nóng)藥廢水中的有機(jī)物均有較好的吸附能力，可以成功地處理其他方法難以去除或處理效果不理想的含氰、含酚以及農(nóng)藥廢水，從而防止其對(duì)環(huán)境及人體健康帶來(lái)危害。</p><p><b>　　活性炭處理制藥廢水</b></p><p>　　制藥廢水具有難降解、毒性大等特點(diǎn)，主要來(lái)自于加工時(shí)使用的化學(xué)藥劑。目

88、前的一般用生物處理進(jìn)行處理?；钚蕴坑捎谄淞己玫奈叫阅?，因此將活性炭用于制藥廢水處理是現(xiàn)在或以后研究的新方向。</p><p>　　2.1.2 存在問(wèn)題</p><p>　　活性炭被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)級(jí)生活廢水處理工藝，但是也存在一系列問(wèn)題。</p><p>　　首先，在處理印染廢水中，活性炭對(duì)堿性染料的去除效果最好，但是對(duì)不溶性或難溶性染料（分散染料和還原染料）的處

89、理效果不甚理想。</p><p>　　其次，在廢水處理中，活性炭的用量往往很大，其本身的價(jià)格費(fèi)用往往占水廠運(yùn)行費(fèi)用很大比例。以每千克活性炭可處理30m3水為例，一個(gè)處理規(guī)模10萬(wàn)m3/d的污水處理廠每天所消耗的活性炭高達(dá)3.33噸。</p><p>　　此外，活性炭的再生技術(shù)還在不斷完善當(dāng)中，但仍不能解決難題，或成本高、或效率低。目前的已有再生工藝中，熱再生法效率較高，但是存在5~10％的

90、碳損失，而且再生溫度在800~850℃之間，需要消耗大量能源；化學(xué)再生法的再生效率為70％，電化學(xué)再生法的再生效率約為80~95％，但是這兩種方法的再生費(fèi)用都相對(duì)高昂，加大活性炭應(yīng)用的成本。與此同時(shí)，經(jīng)過(guò)再生多次后的活性炭其為空結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使其吸附性能于新制的相比有所降低。</p><p>　　2.2 活性炭的結(jié)構(gòu)和吸附機(jī)理</p><p>　　活性炭是一種多孔性的吸附材料，由木材、

91、煤、椰殼等經(jīng)過(guò)炭化和活化后得到?；钚蕴?jī)?nèi)部具有許多相互貫通或封閉的空洞，具有發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)，多種活性官能團(tuán)?；钚蕴烤哂刑嫉牧切闻帕械木W(wǎng)狀平面組成的微晶群和無(wú)規(guī)則碳結(jié)構(gòu)，同時(shí)含有其他原子如氧、氮等與碳原子形成不飽和鍵，進(jìn)而形成各種活性官能團(tuán)，使其對(duì)極性分子和非極性分子均有良好的吸附性能。</p><p>　　活性炭具有較高的比表面積（500~2000 m2/g）和孔隙率，且相對(duì)密度較低、重量較輕等特點(diǎn)。因此，活性

92、炭具有較強(qiáng)的吸附性能。</p><p>　　其吸附機(jī)理主要有：由于靜電引力作用而產(chǎn)生的物理吸附；吸附質(zhì)與活性炭表面含氧官能團(tuán)之間風(fēng)聲的給-受電子作用；活性炭本身石墨結(jié)構(gòu)中的Λ電子與吸附質(zhì)之間發(fā)生的擴(kuò)散作用；金屬離子與活性炭表面含氧官能團(tuán)之間的離子交換吸附；金屬離子與活性炭表面含氧官能團(tuán)之間的化學(xué)吸附；分子在活性炭表面發(fā)生的沉積作用等。</p><p>　　2.3 活性炭吸附去除廢水中氨氮（

93、NH3-N）的靜態(tài)試驗(yàn)</p><p>　　2.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器</p><p>　　本文所使用的主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)表2.1。</p><p>　　2.3.2 實(shí)驗(yàn)藥品、試劑以及水樣</p><p>　　本文所使用的主要藥品試劑見(jiàn)表2.2。</p><p>　　本文中所使用的水樣均為實(shí)驗(yàn)室自配水樣（不同濃度的NH4C

94、l溶液）。</p><p>　　2.3.3 氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制</p><p>　　根據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)，氨氮濃度的測(cè)定采用納氏試劑分光光度法(GB7479-87)。</p><p>　　原理:二氯化汞和碘化鉀的堿性溶液與氨反應(yīng)生成淡紅棕色膠態(tài)化合物，其色度與氨氮含量成正比。通常可在波長(zhǎng)410-425 nm范圍內(nèi)測(cè)其吸光度，計(jì)算其含量。最低檢出濃度

95、為0.025 mg/L,測(cè)定上限為2 mg/L。</p><p>　　氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制步驟為（除特別說(shuō)明外，配置試劑用水均為無(wú)氨水）：</p><p>　?。?）納氏試劑的制備</p><p>　　準(zhǔn)確稱取20 g碘化鉀（KI）溶于約100 mL水中，邊攪拌邊分次少量加入二氯化汞（HgCl2）結(jié)晶粉末（約10 g），直至出現(xiàn)朱紅色沉淀不易溶解時(shí)，改為滴加二氯化汞飽

96、和溶液，同時(shí)充分?jǐn)嚢?，?dāng)出現(xiàn)微量朱紅色沉淀不在溶解時(shí)停止滴加。</p><p>　　另準(zhǔn)確稱取60 g氫氧化鉀（KOH）分析純?nèi)苡谒?，稀釋?50 mL，待冷卻至室溫后，將上述溶液緩慢注入氫氧化鉀溶液中，用水稀釋至400 mL，混勻。然后靜置過(guò)夜，取上清液移入聚乙烯瓶中，密塞保存。</p><p>　　（2）酒石酸鉀鈉溶液的制備</p><p>　　準(zhǔn)確稱取50

97、g四水合酒石酸鉀鈉（KNaC4H4O6·4H2O）溶于約100 mL水中，加熱煮沸以除去氨，然后冷卻至室溫，并定容至100 mL。</p><p>　?。?）氨氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液以及使用液的制備</p><p>　　氨氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的制備：準(zhǔn)確稱取3.819 g經(jīng)100℃干燥過(guò)的分析純氯化銨（NH4Cl）溶于水中，移入1000 mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線。此溶液每毫升含1.00 mg氨

98、氮。</p><p>　　氨氮標(biāo)準(zhǔn)使用液的制備：移取5.00 mL氨氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于500 mL容量瓶中，加水稀釋至標(biāo)線。該溶液每毫升含有0.01 mg氨氮。</p><p>　　（4）氫氧化鈉溶液和鹽酸的制備</p><p>　　氫氧化鈉溶液（1 mol/L）：準(zhǔn)確稱取4.0 g分析純氫氧化鈉（NaOH）溶于水中，冷卻后移入100 mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，裝入

99、試劑瓶密封保存。</p><p>　　鹽酸（1 mol/L）：用移液管移取20 mL的4.0 mol/L的鹽酸于100 mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，移入試劑瓶密封保存。</p><p>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制</p><p>　　吸取0、0.50、1.00、3.00、 5.00、7.00和10.0 mL銨標(biāo)準(zhǔn)使用液(0.01 mg/L)于50 mL比色管中，加水

100、至標(biāo)線。加1.0 mL酒石酸鉀鈉溶液(0.5 g/mL)，混勻。加1.5 mL納氏試劑，混勻。放置10 min后，在波長(zhǎng)420 nm處，用光程20 mm比色皿，以去離子水為參比，測(cè)定吸光度。</p><p>　　由測(cè)得的吸光度，減去零濃度空白管的吸光度后，得到校正吸光度，繪制以氨氮濃度含量(μg/L)對(duì)校正吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2.3<

101、/b></p><p>　　根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Excel 2010進(jìn)行繪圖，得到圖2-1.</p><p>　　從圖2-1可以看出，氨氮濃度與吸光度的關(guān)系為：y=0.4802x-0.0008，R2=0.9981。則： </p><p>　　2.3.4活性炭投加量對(duì)氨氮去除率影響的實(shí)驗(yàn)研究</p><p><b&g

102、t;　?。?）水樣的配置</b></p><p>　　本文中所使用的水樣均為實(shí)驗(yàn)室自配水樣。用移液管移取50 mL氨氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于1000 mL容量瓶中，加水稀釋至標(biāo)線，配成氨氮濃度為50 mg/L模擬氨氮廢水。</p><p>　?。?）實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果</p><p>　　依次準(zhǔn)確稱取2 g、4 g、6 g、8 g、10 g經(jīng)過(guò)150 ℃干燥后的活性炭

103、，分別加入5個(gè)250 mL錐形瓶中，同時(shí)取20 mL配置好的水樣，在室溫293 K（20 ℃）的條件下，恒溫震蕩反應(yīng)1 h，靜置10 min后取上清液，使用化學(xué)分析濾紙進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾后分別測(cè)定氨氮含量（見(jiàn)表2.4）。將所得結(jié)果利用Excel 2010進(jìn)行繪圖，見(jiàn)圖2-2。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中所使用的水樣初始氨氮濃度為50 mg/L，實(shí)驗(yàn)中隨著活性炭投加量從2 g增加到10 g，氨氮去除率從19.87%增加

104、值76.93%；單位吸附量則是投加量為2 g時(shí)候最好，為4.97 mg/g。由此結(jié)果可以得到，氨氮的去除率隨著投加量的增大而增大，但是單位吸附量隨著投加量的增加，先呈現(xiàn)上升趨勢(shì)然后逐漸下降。這是由于當(dāng)活性炭投加較少時(shí)，活性炭相對(duì)于水樣中的氨氮來(lái)說(shuō)是不足的，所有活性炭顆粒均達(dá)到吸附飽和狀態(tài)且氨氮仍有大量未能吸附去除；當(dāng)活性炭投加量增加時(shí)，氨氮的去除率隨之升高，但當(dāng)其投加量相對(duì)于氨氮是過(guò)量的時(shí)候，活性炭就難以得到充分利用，從而產(chǎn)生仍具有一定

105、吸附能力的活性炭。因此，根據(jù)活性炭單位質(zhì)量吸附氨氮的量來(lái)確定活性炭的最佳投加量。</p><p>　　由此實(shí)驗(yàn)得出：活性炭的最佳投加量為2g/50mL，能夠使活性炭得到充分利用。</p><p>　　2.3.5 pH值對(duì)氨氮去除率的影響</p><p>　　在水樣pH值對(duì)吸附效果的影響實(shí)驗(yàn)中，用1.0 mol/L的HCl和NaOH溶液將50mL的水樣分別調(diào)pH值為4

106、、6、7、8、10，按照2.3.4實(shí)驗(yàn)中所得結(jié)果，活性炭投加量為2 g，反應(yīng)溫度293 K（20℃），震蕩反應(yīng)1小時(shí)后，靜置10 min，取上清液用化學(xué)分析濾紙進(jìn)行過(guò)濾，然后測(cè)定剩余氨氮含量。將所得結(jié)果使用Excel 2010進(jìn)行繪圖，所得結(jié)果見(jiàn)圖2-3.</p><p>　　從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在酸性或堿性條件下，活性炭對(duì)氨氮的吸附效果均優(yōu)于pH=7.0時(shí)的中性條件，且其去除率與酸堿程度成正比關(guān)系。在酸性和堿性

107、條件下，活性炭的性質(zhì)可能發(fā)生改變，即活性炭的酸堿改性，從而使其對(duì)氨氮的吸附容量得以提高，吸附性能得到優(yōu)化，改善吸附效果；同時(shí)，堿性條件有利于溶液中的銨離子（NH4+）轉(zhuǎn)化為游離氨（NH3）逸出，使溶液中氨氮含量減少，氨氮去除率增高。</p><p>　　由于這些原因，使得在不同pH值情況下，活性炭對(duì)氨氮的去除率曲線呈現(xiàn)出“V”字型?；钚蕴吭谒釅A條件下均會(huì)被改性，改善其吸附性能，提高氨氮去除率；但是活性炭的酸堿改性

108、效果不太明顯，對(duì)氨氮的去除效果改善的也不明顯。</p><p>　　2.3.6 接觸時(shí)間對(duì)氨氮吸附效果的影響</p><p>　　在接觸時(shí)間對(duì)氨氮吸附效果的影響實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)2.3.4和2.3.5的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇在溫度為293 K（20℃），pH=7.0，活性炭投加量為2.0 g條件下，在250 mL錐形瓶中加入50 mL氨氮濃度為50 mg/L的水樣，進(jìn)行振蕩。分別在30 min、60 m

109、in、90min、135 min和180 min時(shí)檢測(cè)溶液中的氨氮剩余濃度。并使用Excel 2010繪制出吸附效果隨時(shí)間的變化曲線，見(jiàn)圖2-4。</p><p>　　由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，活性炭對(duì)氨氮的去除率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)90 min后，氨氮的去除率增加變得不明顯，其主要原因是活性炭的吸附容量趨近飽和。從圖上可以看出，在開(kāi)始的30 min內(nèi)，活性炭的吸附速率較快，此時(shí)吸附效果隨時(shí)間的變換增加較明

110、顯；1 h之后隨著其吸附容量的趨近飽和，活性炭吸附速率逐漸減緩，吸附時(shí)間隨時(shí)間變化曲線較為平緩；當(dāng)135 min時(shí)，吸附已基本達(dá)到平衡狀態(tài)。</p><p>　　因此，由于吸附平衡所需時(shí)間較長(zhǎng)，故而活性炭吸附氨氮的最佳接觸時(shí)間確定為1h。此時(shí)活性炭的吸附性能已得到充分發(fā)揮。</p><p>　　2.3.7 吸附等溫線的測(cè)定</p><p>　　準(zhǔn)確稱取6組2 g經(jīng)過(guò)