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
                              [2]
                                          [3]
            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
                       [5]
            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
                                                 [8]
                                   [7]
                       [6]
            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）
                                                                                                    –
                                                                                           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
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