目前，工業(yè)廢水、渣滓滲濾液、城市污水等高濃度氨氮廢水對(duì)水體形成的危害已成為全世界關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。絕大多數(shù)含氨氮的廢水在未經(jīng)任何處置或處置不達(dá)標(biāo)的狀況下直接排入水體，造成水體污染及富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)而影響土壤、空氣等。常見(jiàn)的含氮化合物主要包括有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮以及硝酸鹽氮。其中氨氮是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要污染物，其排放控制已成為目前水處置范疇的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　氨氮工業(yè)廢水處理辦法有很多種，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)該問(wèn)題展開(kāi)了大量研討。其中吹脫法是傳統(tǒng)的高濃度氨氮廢水處置辦法，其設(shè)備占空中積小，操作靈敏便利，但也存在耗能大、處置本錢高等缺陷。成澤偉等采用超聲波強(qiáng)化吹脫去除氨氮，去除率明顯高于通常吹脫技術(shù)，且升幅超越50%。彭人勇等的研討也顯現(xiàn)，超聲波對(duì)吹脫的強(qiáng)化作用能夠讓氨氮去除率提升30%~40%。

　　沸石是含水多孔鋁硅酸鹽的總稱，其晶體結(jié)構(gòu)主要由(SiO)四面體組成，其中的局部Si4+為Al3+取代，造成負(fù)電荷過(guò)剩，故其構(gòu)造中有堿金屬(堿土金屬)等均衡電荷的離子，同時(shí)沸石構(gòu)架中存在較多的空腔和孔道。上述構(gòu)造決議了沸石具有吸附、離子交流等性質(zhì)，因而其對(duì)氨氮具有很強(qiáng)的選擇性吸附才能。

　　本研討在超聲吹脫工藝的根底上，應(yīng)用改性沸石對(duì)超聲吹脫后的高濃度氨氮廢水實(shí)行超聲強(qiáng)化吸附處置，調(diào)查了沸石粒度、吸附時(shí)間、沸石投加量、吸附溫度、吸附超聲功率等要素對(duì)處置效果的影響，以期為高濃度氨氮廢水的處置提供參考。

　　一、實(shí)驗(yàn)局部

　　1.1資料和儀器

　　實(shí)驗(yàn)所處置廢水為模仿高濃度氨氮廢水，為NH4Cl和超純水配制的NH4Cl溶液，氨氮質(zhì)量濃度約為1200mg/L的，實(shí)驗(yàn)中以實(shí)測(cè)濃度為準(zhǔn)。

　　吸附劑選用浙江省縉云縣產(chǎn)自然沸石經(jīng)復(fù)合改性后得到的改性沸石，密度2.16g/cm3，硬度3~4，硅鋁比4.25~5.25，孔隙率30%~40%。

　　D-51型pH計(jì)：日本HORIBA有限公司;UV765型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海精細(xì)化學(xué)儀器有限公司;JJ50型精細(xì)電子天平：美國(guó)雙杰兄弟(集團(tuán))有限公司;EVOMA15/LS15型掃描電子顯微鏡：北京歐波同有限公司。

　　1.2實(shí)驗(yàn)辦法

　　1.2.1超聲吹脫

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖1所示。超聲波發(fā)作器經(jīng)過(guò)將工頻電轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>20kHz以上(通常為20kHz~10MHz)的高頻電信號(hào)保送至超聲波換能器，產(chǎn)生強(qiáng)有力的超聲波震動(dòng)，進(jìn)而傳播到廢水中，產(chǎn)生一系列的物理和化學(xué)效應(yīng)，促進(jìn)廢水中污染物的去除。

　　將1L廢水參加反響室中，調(diào)理pH至8.5，調(diào)理溫度至28℃(經(jīng)過(guò)下部進(jìn)水上部出水的夾層完成溫度控制)，經(jīng)過(guò)分液漏斗控制促脫劑(乙酸乙酯與外表活性劑AOS以3∶4的質(zhì)量比配制)的投加，投加量為25mg/L，投加速率為5mg/h。經(jīng)過(guò)氣泵泵入外界空氣，調(diào)理氣液比為600∶1;開(kāi)啟超聲設(shè)備，調(diào)理超聲功率為70W，實(shí)行連續(xù)超聲吹脫。每隔1h取水樣測(cè)定氨氮的剩余濃度，待濃度到達(dá)穩(wěn)定，即吹脫已達(dá)均衡狀態(tài)后，中止吹脫。

　　1.2.2超聲吸附

　　應(yīng)用超聲波的空化作用，可對(duì)吸附劑的吸附功用實(shí)行改善。氣泵泵入外界空氣，作為空化氣源。超聲波產(chǎn)生的氣泡隨著聲波震動(dòng)疾速收縮爆破，借助于氣泡的疾速爆破，吸附劑孔隙內(nèi)的雜質(zhì)被清算，增大了孔隙的運(yùn)用空間，減小了其位阻，使其內(nèi)部的擴(kuò)散加快，從而提升與離子的交流速率。超聲波空化強(qiáng)化傳質(zhì)主要包括4種效應(yīng)，即湍動(dòng)效應(yīng)、微擾效應(yīng)、界面效應(yīng)和聚能效應(yīng)。經(jīng)過(guò)空化作用可減小氨氮離子的水合半徑，克制多孔介質(zhì)(沸石)的孔隙效應(yīng)，增加吸附劑外表的活性位點(diǎn)。

　　旋開(kāi)密封塞，將一定量的、一定粒度的沸石投入超聲吹脫處置后的反響室中。調(diào)理超聲吹脫后廢水的pH至設(shè)定值，設(shè)置吸附溫度，啟動(dòng)超聲波發(fā)作器，開(kāi)端計(jì)時(shí)，實(shí)行超聲吸附。每隔20min取水樣待測(cè)，反響一段時(shí)間后關(guān)閉超聲波發(fā)作器。

　　1.3剖析辦法

　　采用納氏試劑分光光度法測(cè)定廢水中氨氮的質(zhì)量濃度，測(cè)定波長(zhǎng)420nm，運(yùn)用光程10mm的玻璃比色皿。采用pH計(jì)測(cè)定廢水pH。

　　應(yīng)用SEM技術(shù)察看沸石的微觀形貌。

　　二、結(jié)果與討論

　　經(jīng)超聲吹脫處置后，廢水的氨氮去除率約為41.98%。在此根底上，調(diào)查超聲吸附工段各要素對(duì)總氨氮去除率的影響。

　　2.1沸石粒度和吸附時(shí)間的影響

　　在沸石投加量為2g/L、吸附pH為8.5、吸附溫度為28℃、吸附超聲功率為100W的條件下，沸石粒度和吸附時(shí)間對(duì)總氨氮去除率的影響見(jiàn)圖2。

　　由圖2可見(jiàn)，沸石粒度對(duì)氨氮廢水的吸附處置過(guò)程有著一定的影響。隨著沸石粒度的增大，氨氮的去除率降落，其中0.198~0.245mm的沸石吸附效果最好，氨氮去除率最高，0.350~0.833mm和0.245~0.350mm的沸石氨氮去除率相對(duì)較低。3種不同粒度沸石的氨氮去除率固然不同，但是隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)其氨氮去除率的變化趨向類似，闡明其離子交流形式相同，只是因粒度不同造成吸附量的差別。沸石的粒度越小，其總的比外表積越大，故其吸附效果也最好。

　　由圖2還可見(jiàn)，吸附60min后，一切粒度沸石的氨氮去除率隨時(shí)間的變化幅度均很小，闡明氨氮的吸附已根本到達(dá)均衡。隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，廢水中氨氮濃度降落，沸石對(duì)氨氮的吸附和解吸逐步到達(dá)一個(gè)均衡點(diǎn)，繼續(xù)延長(zhǎng)吸附時(shí)間，沸石處置氨氮的效能不再增加。綜上，選擇吸附時(shí)間為60min。

　　2.2沸石投加量的影響

　　在沸石粒度為0.198~0.245mm、吸附時(shí)間為60min、吸附pH為8.5、吸附溫度為28℃、吸附超聲功率為70W的條件下，沸石投加量對(duì)總氨氮去除率的影響見(jiàn)圖3。

　　由圖3可見(jiàn)：隨著沸石投加量的增加，氨氮的去除率持續(xù)上升;當(dāng)沸石投加量到達(dá)4g/L后，氨氮去除率的增幅很小。隨著投加量的增加，去除率可以在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)較高值。當(dāng)投加量超越4g/L時(shí)，沸石的吸附量會(huì)隨著其投加量的增加而減少，氨氮去除率也趨于穩(wěn)定。綜合思索沸石的吸附效果和處置本錢，選擇沸石投加量為4g/L較適合。

　　2.3吸附pH的影響

　　在沸石粒度為0.198~0.245mm、吸附時(shí)間為60min、沸石投加量為4g/L、吸附溫度為28℃、吸附超聲功率為70W的條件下，吸附pH對(duì)總氨氮去除率的影響見(jiàn)圖4。

　　沸石對(duì)氨氮的吸附過(guò)程主要包括離子交流與單純的物理孔洞吸附兩種方式。氨氮在水中以NH4+離子狀態(tài)和NH3分子狀態(tài)存在，隨著溶液pH的變化，兩種狀態(tài)之間能夠互相轉(zhuǎn)化。沸石對(duì)水中氨氮的吸附以離子交流為主，因而受pH的影響較大。由圖4可見(jiàn)：廢水呈中性的狀況下，沸石對(duì)氨氮的吸附效果最佳;當(dāng)pH高于或低于7.0時(shí)，氨氮的去除率均降落。

　　2.4吸附溫度的影響

　　在沸石粒度為0.198~0.245mm、吸附時(shí)間為60min、沸石投加量為4g/L、吸附pH為7.0、吸附超聲功率為70W的條件下，吸附溫度對(duì)總氨氮去除率的影響見(jiàn)圖5。

　　由圖5可見(jiàn)，當(dāng)溫度在20~30℃之間時(shí)，沸石對(duì)氨氮的去除率隨溫度的升高逐步增大，闡明提升吸附溫度有利于沸石對(duì)氨氮的吸附;但當(dāng)溫度超越30℃時(shí)，氨氮的去除率卻隨溫度的升高而降低;當(dāng)溫度為30℃時(shí)，氨氮的去除率最高，達(dá)77.39%。廢水中氨氮分子的運(yùn)動(dòng)形式是布朗運(yùn)動(dòng)，當(dāng)處置環(huán)境的溫度升高時(shí)，氨氮分子的運(yùn)動(dòng)速度加快，與吸附劑顆粒的接觸頻率增加，有利于吸附的實(shí)行。但吸附機(jī)理的研討標(biāo)明，沸石吸附氨氮的過(guò)程是一個(gè)放熱反響，因而在溫渡過(guò)高時(shí)，沸石對(duì)氨氮的吸附量反而會(huì)降落。綜上，選擇吸附溫度為30℃左右較適合。

　　2.5超聲功率的影響

　　在沸石粒度為0.198~0.245mm、吸附時(shí)間為60min、沸石投加量為4g/L、吸附pH為7.0、吸附溫度為30℃的條件下，吸附超聲功率對(duì)總氨氮去除率的影響見(jiàn)圖6。

　　由圖6可見(jiàn)，超聲功率越大，氨氮的去除率越高。這是由于，隨著超聲功率的加大，超聲波產(chǎn)生的能量也增加，使得超聲波的空化效應(yīng)加強(qiáng)，有利于氨氮的去除。綜合思索能耗本錢和處置效果，本實(shí)驗(yàn)選擇吸附超聲功率為100W。

　　2.6沸石的SEM照片

　　不同放大倍數(shù)下沸石的SEM照片見(jiàn)圖7。由圖7可見(jiàn)，沸石外表具有十分明顯的空泛構(gòu)造，5μm的長(zhǎng)度會(huì)有一到兩個(gè)大孔洞，而在10000倍的鏡頭下，可見(jiàn)呈蜂窩狀的細(xì)小孔洞遍及于沸石中，且沸石外表整體比擬粗糙，凹凸不平。這些微觀構(gòu)造是沸石具有較強(qiáng)吸附和離子交流才能的關(guān)鍵。

　　為了進(jìn)一步研討超聲波的空化作用，將沸石實(shí)行60min的超聲處置，超聲處置前后沸石的SEM照片見(jiàn)圖8。由圖8可見(jiàn)：超聲處置后，沸石外表的孔隙構(gòu)造更為稠密，可能是超聲處置清算了一些雜質(zhì)所致。超聲處置后，沸石的孔隙率增大，位阻減少，加快了離子的交流速率，有利于氨氮的吸附。

　　三、結(jié)論

　　a)超聲吸附處置氨氮廢水的優(yōu)化工藝條件為：沸石粒度0.198~0.245mm，吸附時(shí)間60min，沸石投加量4g/L，吸附pH7.0，吸附溫度30℃，吸附超聲功率100W。在該條件下，超聲吹脫—吸附工藝的總氨氮去除率可達(dá)77.39%，較單獨(dú)超聲吹脫工藝的41.98%大幅提升。

　　b)超聲吸附處置在進(jìn)一步提升超聲吹脫工藝對(duì)氨氮廢水處置效果的同時(shí)，對(duì)處置條件的請(qǐng)求降低，pH只需中性即可，具有一定的工業(yè)應(yīng)用前景。