5種填料對(duì)污水中氮磷的吸附特性

5種填料對(duì)污水中氮磷的吸附特性

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生活水平不斷提高。近年來(lái)，由于農(nóng)業(yè)肥料、家禽糞便、廢水和生活污水的排放，水生生活中的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益突出。人工濕地是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、具有生態(tài)性的一種污水處理技術(shù)人工濕地中濕地填料是其重要的組成部分,填料的吸附作用能極大的提高污水處理的效果。目前,人工濕地填料種類較多,主要有礫石、沸石、陶粒、陶結(jié)、頁(yè)巖、火山石、碎石、鋼渣、無(wú)煙煤、煤渣、磚塊等本文以沸石、陶粒、火山巖、輪胎顆粒、蛭石5種材料為研究對(duì)象,模擬污染水體,通過(guò)填料對(duì)氮磷的等溫吸附、吸附動(dòng)力學(xué)、去除率等的擬合與計(jì)算,分析填料對(duì)氮磷的吸附特性和處理污水效果,為選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的人工濕地填料提供合理的依據(jù)。1實(shí)驗(yàn)部分1.1u3000實(shí)驗(yàn)用水沸石,陶粒,輪胎顆粒,火山巖,蛭石(所有填料粒徑為2~4mm,由清水洗凈并烘干);實(shí)驗(yàn)用水為自配水。DR500、DR2800型分光光度計(jì);THZ-98恒溫振蕩器;HY-6A數(shù)顯雙層調(diào)速多用振蕩器;DGF25012C電熱鼓風(fēng)干燥箱。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1標(biāo)準(zhǔn)曲線nh質(zhì)量濃度nh用天平稱取10g填料9份,分別放入9個(gè)250mL錐形瓶中,各加入100mL質(zhì)量濃度為10,20,40,60,80,100,120,140,160mg/L的NH1.2.2吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)為考察5種填料對(duì)污水的吸附效果1.3填料吸附氮磷動(dòng)力學(xué)模型填料對(duì)氮磷的等溫吸附一般采用Langmuir方程和Freundlich方程來(lái)擬合,其中Langmuir公式是根據(jù)吸附的物質(zhì)只有一層分子厚的假定推導(dǎo)出來(lái)的理論公式,Freundlich公式則為介于單層分子與多層分子之間的經(jīng)驗(yàn)公式Langmuir模型方程Freundlich模型方程式中cq填料對(duì)氮磷的動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)模型擬合。一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程lnq=a+ktElovic方程q=a+klnt式中q———填料氮磷的吸附量,mg/kg;t———吸附時(shí)間,h;2結(jié)果與討論2.15填料的等溫吸附特性沸石、陶粒、輪胎顆粒、火山巖、蛭石5種填料經(jīng)過(guò)48h振蕩吸附后,各填料對(duì)氮磷的吸附結(jié)果繪制成等溫吸附曲線見(jiàn)圖1。由圖1a可知,沸石對(duì)氨氮的吸附量最大,對(duì)氨氮吸附能力由強(qiáng)到弱排序,依次為沸石>蛭石>火山巖>陶粒>輪胎顆粒。沸石的吸附等溫吸附曲線斜率較大,其余填料吸附過(guò)程中當(dāng)平衡氨氮的質(zhì)量濃度<40mg/L時(shí),等溫吸附曲線斜率較大,填料對(duì)氨氮的吸附量迅速增加;氨氮的質(zhì)量濃度在40~80mg/L時(shí),曲線的斜率逐漸變小,此時(shí)填料對(duì)氨氮的吸附量緩慢增加;當(dāng)氨氮的質(zhì)量>80mg/L時(shí),填料對(duì)氨氮的吸附逐漸趨于平衡。由圖1b可知,陶粒對(duì)磷的吸附量最大,當(dāng)平衡時(shí)磷的質(zhì)量濃度>20mg/L時(shí),不同填料吸附能力由強(qiáng)到弱排序,依次為陶粒>火山巖>蛭石>沸石>輪胎顆粒,當(dāng)磷的質(zhì)量濃度<20mg/L時(shí),蛭石的吸附量則要大于火山巖,此時(shí)火山巖曲線的斜率要小于蛭石曲線的斜率;5種填料中,陶粒、火山巖、蛭石和沸石的等溫吸附曲線的斜率都是先增大后減小,即吸附速率從快到慢,直至平衡,而輪胎的等溫吸附曲線的斜率變化較平緩,吸附速率變化不大。將各填料對(duì)氮磷的等溫吸附曲線用Langmuir和Freundlich公式擬合結(jié)果見(jiàn)表1和表2。由表1可知,Langmuir(R由表2可知,Langmuir(R2.25填料對(duì)磷的等溫吸附根據(jù)各填料對(duì)氮磷的動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果,繪制5種填料的吸附動(dòng)力學(xué)曲線見(jiàn)圖2。由圖2可知,各填料對(duì)氮磷的吸附速率隨著時(shí)間的增加呈現(xiàn)出先快后慢,直至緩慢平衡的整體趨勢(shì)。由圖2a可知,在0~24h時(shí),填料對(duì)氨氮的吸附速率較快,吸附曲線呈現(xiàn)上升趨勢(shì),沸石和蛭石基本達(dá)到吸附平衡;在24~96h時(shí),填料對(duì)氨氮的吸附量逐漸增加,吸附速率越來(lái)越小直至為0,48h時(shí)陶粒、火山巖和輪胎顆粒達(dá)到吸附平衡。由圖2b可知,在0~24h時(shí),填料對(duì)磷的吸附速率較快,24h時(shí)輪胎顆粒、蛭石和火山巖基本達(dá)到吸附平衡;在24~96h時(shí),填料對(duì)磷的吸附速率減緩,48h時(shí)陶粒和輪胎顆粒達(dá)到吸附平衡?？梢钥闯龈魈盍蠈?duì)磷的吸附過(guò)程分為快、中、慢三個(gè)階段,表明填料的表面都存在高、中、低能量的吸附位點(diǎn)由表3和表4可知,雙常數(shù)方程和Elovich方程能較好的擬合各填料對(duì)氮磷的吸附過(guò)程,除輪胎顆粒外,相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.83以上;一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程只對(duì)部分填料的氮磷吸附過(guò)程擬合較好,其相關(guān)系數(shù)均小于其他兩個(gè)動(dòng)力學(xué)模型擬合后的相關(guān)系數(shù)。由于一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程主要適用于擴(kuò)散機(jī)制控制的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,雙常數(shù)方程適用于反應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)擬合,Elovich方程適合多種反應(yīng)機(jī)制但更適合于反應(yīng)過(guò)程中活化能變化較大的反應(yīng)機(jī)制由圖3可知,5種填料對(duì)氨氮去除率均達(dá)到75%以上,其中沸石去除率最高,為97.42%,其次為蛭石去除率達(dá)94.97%,去除率由大到小排序?yàn)?沸石>蛭石>火山巖>陶粒>輪胎顆粒;5種填料中對(duì)磷去除最明顯的為輪胎顆粒,去除率達(dá)99.45%,其次為蛭石達(dá)75.72%,去除率由大到小排序?yàn)檩喬ヮw粒>蛭石>陶粒>沸石>火山巖?？傮w來(lái)說(shuō),處理農(nóng)村富營(yíng)養(yǎng)化水體時(shí),沸石除氮能力較強(qiáng),輪胎顆粒除磷能力較強(qiáng);輪胎顆粒和蛭石對(duì)氮磷的吸附效果存在一定優(yōu)勢(shì),而輪胎顆粒由廢舊輪胎加工而成,成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蛭石,因此,從吸附效果和經(jīng)濟(jì)適用的角度來(lái)看,輪胎顆粒為人工濕地填料較好的選擇之一。3填料對(duì)氮磷的等溫吸附(1)5種填料對(duì)氮磷的吸附均能用Langmuir和Freundlich方程來(lái)擬合。理論上各填料對(duì)氨氮的吸附量從大到小依次為沸石>火山巖>蛭石>陶粒>輪胎顆粒;對(duì)磷的吸附量從大到小依次為陶粒>火山巖>蛭石>沸石>輪胎顆粒。(2)雙常數(shù)方程和Elovich方程都能較好的擬