粉煤灰是燃煤電廠、冶煉、化工等行業(yè)中煤粉高溫燃燒后形成的產(chǎn)物，也是我國(guó)排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一。粉煤灰在形成過(guò)程中產(chǎn)生了一定的多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，具有一定的吸附能力，因而被廣泛用于廢水處理。近年來(lái)，氨氮廢水嚴(yán)重危害水環(huán)境質(zhì)量和人類(lèi)健康。隨著氨氮廢水排放標(biāo)準(zhǔn)中氨氮排放濃度指標(biāo)的不斷降低，對(duì)低濃度氨氮廢水的治理技術(shù)要求越來(lái)越高，使用固體廢棄物粉煤灰處理低濃度氨氮廢水得到研究人員的廣泛關(guān)注。目前主要的研究是通過(guò)采用氫氧化鈉、硫酸、表面活性劑等物質(zhì)對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性處理，提高粉煤灰對(duì)重金屬?gòu)U水、印染廢水等廢水的處理能力。但在用改性粉煤灰處理低濃度氨氮廢水的報(bào)道中，氨氮的去除率不超過(guò)45%。如何提高粉煤灰對(duì)氨氮的去除率成為擺在研究人員面前的難題。本文以山西省太原市第一熱電廠的粉煤灰為原料，來(lái)研究改性粉煤灰處理氨氮廢水的吸附條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

（1）實(shí)驗(yàn)材料：粉煤灰、氯化銨、酒石酸鈉、納氏試劑、氫氧化鈉、鹽酸。

（2）實(shí)驗(yàn)儀器：紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、恒溫水浴振蕩器、分析天平、pH/電導(dǎo)率/離子綜合測(cè)試儀、離心機(jī)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）改性粉煤灰的制備

本實(shí)驗(yàn)改性粉煤灰采用堿性改性方法，具體方法為：將NaOH 與粉煤灰按照一定的比例（質(zhì)量比0.4∶1）混合均勻后在一定的溫度下（400℃）煅燒1 h,，待冷卻后研磨過(guò)篩（60 目）。取煅燒樣和蒸餾水按照一定的比例（固液比1∶1），在四口燒瓶中混合攪拌至恒溫水浴鍋溫度上升到70℃后停止攪拌，恒溫凝膠2 h 后升溫至100℃后再恒溫晶化4 h，待反應(yīng)完成后將混合物抽濾、洗至中性并在105℃下烘干，冷卻后研磨過(guò)篩（200 目），如圖1 所示。

 （2）正交實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)采用4 因素3 水平（見(jiàn)表1）的多因素正交實(shí)驗(yàn)，共9 組實(shí)驗(yàn)如表2 所示。

 （3）氨氮去除率的測(cè)定方法

在全部研究過(guò)程中，主要是采用實(shí)驗(yàn)室模擬的方法，處理對(duì)象是采用氯化銨與蒸餾水人工配制的濃度為100 mg·L-1 的模擬氨氮廢水。氨氮測(cè)定采用GB 7479-87 納氏試劑分光光度法，實(shí)驗(yàn)用水采用純水機(jī)直接制備的無(wú)氨水。取粉煤灰原料4 g與50mL 氨氮廢水在往復(fù)式水浴恒溫（25℃）振蕩器上反應(yīng)1 h，用離心機(jī)分離，取上清液，用納氏試劑分光光度法測(cè)定反應(yīng)前后溶液中氨氮濃度并根據(jù)下式計(jì)算其去除率。

 式中：C0——模擬廢水中原始氨氮的濃度，mg/L；

Cn——處理后溶液中氨氮的濃度，mg/L。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）調(diào)節(jié)pH：吸取50 mL 氨氮廢水于小燒杯中，通過(guò)加入鹽酸/氫氧化鈉溶液在pH/電導(dǎo)率/離子綜合測(cè)試儀上調(diào)節(jié)pH至目標(biāo)值，轉(zhuǎn)至錐形瓶中。

（2）吸附：將規(guī)定量的改性粉煤灰加入到上述錐形瓶中，在往復(fù)式恒溫（25℃）水浴振蕩器中振蕩規(guī)定時(shí)間，取出后靜置10 min。

（3）離心分離：將上清液轉(zhuǎn)至離心管中，在3000 轉(zhuǎn)速下離心15 min，取出后將上清液轉(zhuǎn)至比色管中。

（4）測(cè)吸光度：吸取一定量的上清液于比色管中，加蒸餾水至標(biāo)線（做兩組以對(duì)比）；再做一個(gè)空白，直接加蒸餾水至標(biāo)線；再做個(gè)原液的，吸取一定量的原液至比色管中，加蒸餾水至標(biāo)線。分別加入1mL 酒石酸鉀鈉溶液和1.5 mL 納氏試劑，靜置10 min。用紫外分光光度計(jì)測(cè)其吸光度。

（5）計(jì)算去除率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

采用4 因素3 水平的多因素正交實(shí)驗(yàn)對(duì)改性粉煤灰處理氨氮廢水吸附條件的研究結(jié)果如表3 所示。

 由表3 中的極差R 可以看出，影響改性粉煤灰對(duì)氨氮吸附的主要因素為pH 值，R=8.49;改性粉煤灰的投加量和吸附時(shí)間為一般影響因素，R 值分別為6.27 和6.44；氨氮廢水的濃度為次要影響因素，R 值為3.54。由表3 中的各項(xiàng)K 的最大值可以推出最佳吸附條件為：改性粉煤灰投加量為6 g，初始氨氮濃度為10 mg/L，pH=3, 振蕩時(shí)間為30 min。

為了分析吸附條件中各個(gè)單因素對(duì)氨氮去除率的影響，根據(jù)K 值進(jìn)行了趨勢(shì)分析。

2.1 改性粉煤灰投加量對(duì)去除率的影響

圖2 給出了粉煤灰投加量對(duì)去除率的影響。

 由圖2 可看出隨著改性粉煤灰投加量的增加，廢水中氨氮的去除率明顯增大。對(duì)于50 mL 氨氮廢水而言，改性粉煤灰投加量達(dá)到2 g以后，氨氮的去除率增加就較為緩慢了。所以增加灰量，曲線上升緩慢，而且污泥量增加，不利于后續(xù)處理，并且2 g改性粉煤灰就可得到一個(gè)較高的氨氮去除率，故出于經(jīng)濟(jì)和后續(xù)處理的因素，也可采用2 g改性粉煤灰作為最佳投加量。

2.2 氨氮廢水濃度對(duì)去除率的影響

圖3 給出了氨氮廢水濃度對(duì)去除率的影響。

 由圖3 可以看出廢水的氨氮去除率隨著氨氮廢水濃度的升高而降低，因?yàn)楦男苑勖夯业奈�附容量是有限的，即改性粉煤灰中的電荷及吸附表面積是有限的，當(dāng)其吸附量達(dá)到飽和時(shí)就不再進(jìn)行吸附，所以改性粉煤灰量一定時(shí)，氨氮廢水濃度越高，去除率越低。

2.3 pH 值對(duì)去除率的影響

圖4 給出了pH 值對(duì)去除率的影響。

 由圖4 可以看出，隨著pH 值的增大，廢水的氨氮去除率逐漸降低。因?yàn)樵趬A性的條件下，存在大量的OH- 和NH4+結(jié)合，降低了溶液中NH4+的濃度，影響了改性粉煤灰對(duì)氨氮的吸附，去除率降低。在酸性條件下，氨氮廢水溶液中含大量的H+，H+會(huì)和NH4+搶奪交換空間，不利于離子交換，但是改性粉煤灰是采用堿進(jìn)行改性處理的，當(dāng)改性粉煤灰剛加入水中溶液一開(kāi)始呈酸性，隨著振蕩時(shí)間的推移，pH 逐漸上升呈堿性，可以與氨氮廢水溶液中大量的H+進(jìn)行中和反應(yīng)，從而有利于離子交換吸附，因此溶液偏酸性時(shí)粉煤灰的吸附量最大。

2.4 吸附時(shí)間對(duì)去除率的影響

圖5 給出了吸附時(shí)間對(duì)去除率的影響。

 由圖5 可以看出隨著吸附時(shí)間的增加，氨氮的去除率逐漸降低，最后趨于穩(wěn)定。因此，最佳吸附時(shí)間為30 min。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

通過(guò)正交試驗(yàn)分析得到，影響改性粉煤灰對(duì)氨氮吸附的主要因素為pH 值，粉煤灰的投加量和吸附時(shí)間為一般影響因素，氨氮廢水的濃度為次要影響因素。當(dāng)投加量為6 g（50 mL 氨氮廢水），初始氨氮濃度為10 mg/L，pH=3，振蕩時(shí)間為30 min 的條件下，氨氮的去除率最好，達(dá)到94.53%。