论文总字数：19920字

摘 要

为寻求价格低廉且吸附效果好的低浓度氨氮废水的吸附材料，以天然沸石、改性沸石、陶粒、小麦基生物炭为吸附材料，研究投加量、pH、吸附时间、初始溶液浓度对低浓度氨氮废水（20mg/L和50mg/L）的吸附影响。

结果表明，相同投加量下，不同材料对两种低浓度氨氮废水（20mg/L和50mg/L）的去除率大小为小麦基生物炭gt;陶粒gt;天然沸石，与其表面形貌特征基本相符。碱性溶液中氨氮吸附量总体高于酸性溶液中氨氮吸附量，但溶液pH升高对沸石和陶粒去除氨氮的效果影响要高于生物质炭。动力学实验结果显示准二级方程能更好地描述天然沸石、改性沸石、陶粒、生物炭材料对两种低浓度氨氮的吸附（陶粒有明显解吸现象）。颗粒内扩散模型（Weber and Morris模型）的拟合结果显示材料对氨氮的扩散吸附分为两个阶段，颗粒内扩散不是唯一的控制步骤，说明吸附效果由表面吸附和颗粒内扩散共同控制。

除了改性沸石，天然沸石、陶粒和小麦基秸秆炭吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程描述，三种材料最大吸附量分别为0.168、0.400、2.840 mg/g，Freundlich模型参数小于1，显示吸附容易进行，K_f显示对氨氮的吸附能力为生物炭gt;陶粒gt;天然沸石。乙酸钠改性沸石对氨氮的去除可能由吸附和离子交换共同影响。

研究结果为低浓度氨氮废水的深度处理提供基础参考。

关键词：低浓度氨氮 沸石 陶粒 生物炭 吸附

Screening and Characterization of Adsorbents for Low Concentration Ammonia Nitrogen Wastewater

Abstract

In order to obtain the low-cost and effective adsorption materials for low-concentration ammonium-containing wastewater, natural zeolite, modified zeolite, ceramsite and wheat-based biochar were used to study the factors of adsorption for low-concentration ammonia-nitrogen wastewater (20mg/L and 50mg/L) , including material amounts, pH, adsorption time and initial solution concentration.

The results showed that the removal rates of two low concentration ammonium-containing wastewater (20mg/L and 50mg/L) by different materials were wheat-based biochar gt; natural zeolite gt; ceramsite at the same dosage, which basically accorded with their surface morphological characteristics. The amount of ammonium-containing adsorbed in alkaline solution was higher than that in acidic solution, but the effect of solution pH on ammonia nitrogen removal by zeolite and ceramsite was higher than that by biomass carbon. Kinetic experiments showed that the quasi-second-order equation could better describe the adsorption of natural zeolite, modified zeolite, ceramsite and biocharcoal on both low concentration ammonium-containing wastewater (obvious desorption occurred in ceramsite). The fitting results of the intraparticle diffusion model showed that the intraparticle diffusion was not the only control step, suggesting that the adsorption effect was controlled by both surface adsorption and intraparticle diffusion.

In addition to modified zeolite, Langmuir equation and Freundlich equation could well describe the adsorption of biochar, ceramsite and natural zeolite to ammonium-containing wastewater. The maximum adsorption amounts of the three materials was 2.84, 0.400 and 0.168 mg/g respectively. Showed by Freundlich model,the adsorption easily occurred according to 1/n less than 1. Based on the value of Kf, the adsorption capacity of the biochar for NH₄ -N was evaluated to be greater than that of the ceramsite, while the natural zeolite was the weakest. The NH₄ -N removal via the zeolite modified by sodium acetate might be affected by both adsorption and ion exchange.

The results provided some basic references for advanced treatment of low-concentration ammonia-nitrogen wastewater.

Key Words: Low concentration ammonia nitrogen; zeolite; ceramsite; biochar;

adsorption

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2氨氮废水的来源及环境影响 1

1.3氨氮废水处理方法 1

1.4吸附法处理氨氮废水的研究现状 2

1.4.1不同吸附材料对氨氮吸附特点 2

1.4.2改性材料对氨氮的吸附 3

1.4.3新型高效经济吸附材料开发 3

1.5研究目的与内容 4

第二章 材料与方法 5

2.1材料 5

2.1.1供试吸附材料 5

2.1.2药剂与耗材 5

2.2仪器设备 5

2.3实验方法 6

2.3.1氨态氮的测定 6

2.3.2材料的参数及表征 6

2.3.3天然沸石对氨氮的吸附实验 6

2.3.4改性沸石对氨氮的吸附实验 7

2.3.5陶粒对氨氮的吸附实验 7

2.3.6小麦秸秆炭对氨氮的吸附实验 8

2.4数据处理与分析 9

第三章 结果与分析 11

3.1吸附材料参数 11

3.2吸附材料的形貌结构 11

3.3氨氮标准曲线 12

3.4投加量对吸附的影响 12

3.5 pH对吸附的影响 14

3.6不同材料的吸附动力学 15

3.7不同材料的等温吸附 21

第四章 总结与展望 25

4.1主要结论 25

4.2研究展望 25

参考文献 27

致谢 30

第一章 绪论

1.1引言

氨氮是造成湖库水体富营养化的主要污染物之一^[1]。为有效控制湖泊富营养化，氨氮外排标准不断提高^[2]，如何采用便捷、经济、高效的方法去除或者回收氨氮废水，尤其是低浓度氨氮废水成为近年来研究的热点课题之一^[3]。相比折点氯化法、高级氧化技术、生物法等常用方法，吸附法成本低、稳定、高效、易操作，成为目前处理氨氮废水的理想方法之一^[4]，但对低浓度氨氮废水的吸附材料选择及吸附性能研究仍有待深化，从而为低浓度氨氮废水的深度处理提供基础参考。

1.2氨氮废水的来源及环境影响

目前，城市化进程加快，工农业迅速发展，大量含氨氮的废水排入天然水体^[5]。氨氮废水来源广泛且水质多变，来源于生活方面如人类饮食、排泄、垃圾渗滤液，农业方面的农田尾水和畜禽养殖^[6]，工业方面的化工、煤气、化肥、冶金、肉类加工等方面的作业^[7]。2017年，我国废水中氨氮排放总量达到139.51万t^[5]。氨氮被氧化产生硝酸盐类物质存在于水中会危害人体健康^[8]，长时间饮用该类水可引起高铁血红蛋白症，严重时可导致窒息；废水含氮量超标，藻类增殖，水体出现富营养化，水质恶化，水中溶解氧含量减少，水体自净能力下降，导致鱼类大量死亡，生态环境遭到破坏^[8]。在2017年监测营养状况的109个湖泊（水库）中，达到轻度富营养化及以上的占30.3%^[5]。经过整治，我国湖泊富营养化程度有所改善，但形势仍然不容乐观。

1.3氨氮废水处理方法

通常来讲，废水中氨氮的浓度≤50mg·L^-1为低浓度氨氮废水^[9]。《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中规定，氨氮一级排放标准（日均值）≤5（水温≤12ºC时为8）mg·L^-1。目前由于成本和技术的制约，氨氮废水的处理普遍都是从高浓度向低浓度过渡，但氨氮废水的低浓度仍然难以满足排放标准要求，还需要做进一步处理^[10]。

低浓度氨氮废水的处理常采用折点氯化法、高级氧化技术、生物法和吸附法等方法^[4]。

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