Page 179 - 《精细化工》2022年第7期
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第 7 期 黄高鑫,等: 吸附-磷酸铵镁结晶耦合法去除低浓度氨氮 ·1465·
adsorption removal rate was 5.56 mg/g and the removal by magnesium ammonium phosphate crystallization
reaction was 31.49 mg/g.
Key words: active clay; magnesium ammonium phosphate; compound modification; reaction kinetics;
adsorption isotherms; water treatment technology
磷酸铵镁结晶法是去除氨氮的有效方法,其原
理是通过投加镁源和磷源,与污水中的氨氮反应生 1 实验部分
成磷酸铵镁结晶。回收的磷酸铵镁晶体可以作为优
1.1 材料、试剂与仪器
质的缓释肥料。所以,磷酸铵镁结晶法是一种可以 150 目活性白土,市售;氯化铵、磷酸二氢钾、
[1]
产生良好的生态效益和经济效益的污水处理工艺 。 无水氯化镁、酒石酸钾钠、氢氧化钠、乙酸,AR,
磷酸铵镁结晶在形成过程中受反应物浓度的影响很 国药集团化学试剂有限公司(上海);纳什试剂,久
大,当氨氮浓度较低时,难以发生反应形成结晶, 木科技有限公司(天津);实验中均用自制去离子水
这也是限制该工艺推广应用的重要原因之一。目前, 配制溶液。
该方法可应用于氨氮质量浓度大于 1000 mg/L 的污 UV-2550 紫外-可见分光光度计(北京普析通用
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水,如垃圾渗滤液 ,牲畜废水 、合成氨废水 [4] 仪器有限责任公司);ASAP2020 自动吸附仪(美国
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和餐厨沼液 等。 Micromeritics 公司);Nicolet5700 傅里叶变换红外
对于氨氮质量浓度低于 150 mg/L 的污水,通常 光谱仪(美国热电尼高力仪器公司);SU8020 型冷
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采用生物法 、膜分离法 和离子交换法 处理。这 场发射扫描电子显微镜(日本日立公司);LS-POP(9A)
些方法虽然可实现对低浓度氨氮的有效去除,但是 型激光粒度分析仪(珠海欧美克公司);X'pert Pro X
[9]
具有处理周期长,成本高等问题。活性白土 作为 射线衍射仪(德国 Bruker 公司)。
多孔性硅酸盐矿物,其对氨氮具有良好的吸附效果, 1.2 载镁活性白土的制备
而且成本低廉,但直接以天然活性白土作为吸附剂, 取 5 个烧杯,将 10 g 活性白土和 100 mL 去离
对氨氮的吸附效率低,并且不能使废水中的氨氮资 子水按照固液比 1∶10(g∶mL)投入烧杯中搅拌均
源化。如果采用磷酸铵镁结晶法需要添加更多的镁 匀,向各烧杯中加入 4 g 氢氧化钠使其浓度为 1 mol/L,
源和磷源 [10] ,通过提高镁离子和磷的浓度,达到磷 并加入质量分别为 2.4、4.8、7.1、9.5 和 11.9 g(对
酸铵镁晶体的成核条件 [11] ,实现对氨氮的去除,但 应的浓度分别为 0.25、0.5、0.75、1 和 1.25 mol/L)
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2+
这将会大大增加处理成本。 无水氯化镁,使溶液中 n(Mg )∶n(OH )分别为
针对低浓度氨氮难以反应生成磷酸铵镁结晶, 0.25∶1、0.5∶1、0.75∶1、1∶1 和 1.25∶1。在 50 ℃,
无法实现对氨氮的去除和资源化回收这一问题。开 150 r/min 下连续搅拌 12 h 后过滤掉上清液,浸渍物
发了一种载镁活性白土复合材料,构建载镁活性白 用去离子水多次漂洗至上清液为中性,在 105 ℃下
土吸附-磷酸铵镁结晶法耦合工艺技术实现对低浓 烘干,过 150 目筛。将收集的 5 种粉末放入马弗炉
度氨氮的去除和回收。将活性白土载镁改性后,可 中,在 400 ℃下煅烧 3 h,即得到载镁活性白土。
增强活性白土对氨氮的阳离子交换能力 [12] 。载镁活 不加活性白土按照上述方法制得产物为对应不
性白土能够作为氨氮的高效吸附剂和形成磷酸铵镁 同质量的氧化镁。
晶体的晶种,并且负载的镁可以作为形成磷酸铵镁 将 5 种载镁活性白土各称取 0.5 g 加入 100 mL
结晶的镁源 [13] 。向低浓度氨氮废水中加入少量磷源, 氨氮质量浓度为 60 mg/L 的溶液(0.2292 g 氯化铵
载镁活性白土通过吸附作用将氨氮和磷聚集在表面 用去离子水溶解在 1 L 的容量瓶中并定容,所得溶
区域,形成高浓度氨氮和磷的固液界面层,使之发 液即为质量浓度 60 mg/L 的氨氮溶液)中,在 25 ℃、
[8]
生磷酸铵镁结晶反应 。 150 r/min 下水浴恒温搅拌 2 h 后取样检测。其中,
根据以上分析,本文以活性白土、氯化镁和 对氨氮吸附效果最好的记为 AC-Mg。氧化镁负载量
氢氧化钠为原料制备载镁吸附剂。对比了投加磷 的计算公式如式(1)所示。
源前后氨氮的去除效果。探究了 AC-Mg 对氨氮去 氧化镁负载量 /%
除的机理,并对动力学模型和等温吸附模型进行 氧化镁的质量 (g) 100 (1)
了分析。考察了磷源质量浓度、反应温度和溶液初 改性活性白土复合材料的质量 (g)
始 pH 对氨氮去除效果的影响,以期对废水中低浓 将水样用 0.45 μm 滤膜过滤,氨氮的质量浓度
度氨氮的去除和回收提供理论参考。 采用纳氏试剂分光光度法 [14] ,使用紫外-可见分光光