基本信息
- 项目名称：
- 五种不同材料对饮用水中低浓度氨氮吸附性能的研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 沸石、分子筛作为一种廉价的无机非金属矿物，因其独特的吸附、筛分和离子交换性能而在城市水处理中有着很好的应用前景，利用它去除水中的氨氮具有效率高、工艺简单、易再生、处理成本低等特点。本文采用沸石、分子筛作为材料，先进行预处理，使之对氨氮具有较高的离子选择性和交换容量，并对其去除饮用水中低浓度氨氮（0.8～1.0mg/L）进行了研究。
- 详细介绍：
- 实验中测试了五种不同材料（天然沸石、NaCl改性沸石、钠型分子筛、水洗分子筛、H型分子筛）对微污染水源水中低浓度氨氮（0.8～1.0 mg/L）的吸附性能，考察了材料投加量、原水pH值、搅拌时间、初始浓度对氨氮去除效果的影响，并对比了五种材料去除氨氮的效果，结果表明：在相同条件下，自来水模拟水样，氨氮初始浓度为1.0 mg/L左右，材料投加量为0.30 g/L，原水pH值为7，搅拌时间为45 min时，水洗分子筛对氨氮去除率可达91.6%，出水达到生活饮用水卫生标准；通过XRD表征分析，钠型分子筛与水洗分子筛的晶形结构相同，而H型分子筛结构发生了改变，在2θ为0～20°的位置上，天然沸石与分子筛的结构明显不同；由动力学分析得到，水洗分子筛吸附氨氮的过程符合Langmuir方程，动力学方程可用准二级动力学模型来描述。
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撰写目的和基本思路
- 目前我国地下水源含有低浓度（1.0mg/L左右）氨氮，且低浓度氨氮很难用常规的方法去除。本课题组比较了五种吸附材料对饮用水中低浓度氨氮的去除效果，并进行了材料表征和动力学分析。
科学性、先进性及独特之处
- 采用天然矿物材料处理低浓度氨氮，解决了传统工艺无法去除低浓度氨氮的弊端，且天然矿物原料来源广，廉价易得，无毒无害、使用后的材料可以再生，重复利用。
应用价值和现实意义
- 针对我国地下水中低浓度氨氮的问题，研究去除低浓度氨氮的方法材料势在必行，将天然矿物材料应用于饮用水中低浓度氨氮的去除试验研究，方法简单，效果显著，实用性好。
学术论文摘要
- 本文测试了五种不同材料（天然沸石、NaCl改性沸石、钠型分子筛、水洗分子筛、H型分子筛）对微污染水源水中低浓度氨氮（0.8～1.0 mg/L）的吸附性能，考察了材料投加量、原水pH值、搅拌时间、初始浓度对氨氮去除效果的影响，并对比了五种材料去除氨氮的效果，结果表明：在相同条件下，自来水模拟水样，氨氮初始浓度为1.0 mg/L左右，材料投加量为0.30 g/L，原水pH值为7，搅拌时间为45 min时，水洗分子筛对氨氮的去除率可达91.6%，出水达到生活饮用水卫生标准（<0.5mg/L）。
获奖情况
- “改性沸石对含氟地下水的除氟效果研究”发表于矿产综合利用；并获得2007年南开大学环境科学协会第二十三届论文年会三等奖； “氯化钠改性沸石对饮用水中低浓度氨氮吸附性能的研究”发表于天津城市建设学院学报； “纳米分子筛处理低浓度含氟地下水的试验研究”发表于天津城市建设学院学报。
鉴定结果
- 本实验所用去除氨氮的材料，“煅烧高岭土制备系列纳米分子筛的研究及应用”，2003.8.9经天津科委鉴定，鉴定结果属：国际先进水平。
参考文献
- [1] 付婉霞，聂正武.沸石去除地下水源水中度氨氮的试验研究[J].中国给水排水，2007，33(3)：106～109 [2] 张敏，叶锋，张林生.沸石去除微污染水源中氨氮的研究[J].污染防治技术，2002，15(4)：7～9 [3] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水监测分析方法第四版[M]．北京：中国环境出版社，2002：279～281 [4] 赵丹，王曙光，栾兆坤等.改性斜发沸石吸附水中氨氮的研究[J].环境化学报，2003，22(1)：59～63 [5] J . R. Klieve. M. J . Semmens. An Evaluation of Pretreated Natural Zeolites for Ammoninm Removal [J] . Water Research ,1980. 2 (14)：131～135
同类课题研究水平概述
- 目前国内外学者对饮用水中氨氮应用各种方法进行了去除研究，国外学者Konishi等介绍了利用沸石作为吸附柱填料，吸附水中的氨氮，氨氮质量浓度为15mg/L，流量为480mL/min，停留时间为7min，出水氨氮达标。M. Sarioglu以土耳其某地的天然沸石对水中氨氮进行了序批式和连续的处理，在序批式处理中研究了搅拌时间和氨氮的初始浓度对去除效果的影响，在连续处理的实验中，考察了流速、pH值、氨氮的初始浓度的影响，当氨氮的浓度从5 mg/L升高到12mg/L时，对氨氮的交换能力从0.7mg/g提高到1.08mg/g。Deyi Wu等将从粉煤灰中合成的钠型沸石（Na－ZFA）经过不同盐处理后，形成Ca-,Mg-,Al-和Fe-ZFA沸石，考察它们同时去除水中氨氮的能力。 国内学者耿土锁曾研究过滴式生物滤池和淹没式生物滤池对微污染地面水中氨氮（10-15mg/L）的去除效果，试验表明两种生物滤池对氨氮的去除率均达到了65 %，张曦等研究了生物沸石床对模拟水中氨氮的去除效果，但是生物处理法需要较长的时间，各型生物设备的净水效率与原水水质水力负荷气水比有关，特别是水温对净水效率的影响最大，且对于低浓度的氨氮很难处理，而且运行能耗较高，操作较为复杂。江坤等在利用改性过的沸石对低浓度氨氮（5.0mg/L）进行处理时，最高去除率可以达到60 %以上。张敏等认为沸石离子交换法能有效地去除微污染水源中的氨氮，当源水氨氮浓度为1.5～6.5mg/L时，氨氮去除可达50%以上。张晓丽等利用天然沸石和NaCl 改性后的沸石对含氨氮水样进行了实验， 氨氮去除率可达42.8%。 纵观水源水中氨氮去除的现状，国内外应用各种方法对饮用水的低浓度的氨氮进行了处理，但对于浓度为0.8-1.0mg/L的氨氮去除报道极少，但是该浓度的氨氮又达不到饮用水的标准，使水体有异味，而用上述方法难以去除，本课题致力于研究一种去除微污染水源中低浓度氨（0.8-1.0mg/L）的方法和材料，试验选取了五种材料（天然沸石，氯化钠改性沸石，钠型分子筛，水洗分子筛和H型分子筛）测试了去除水中低浓度氨氮（0.8-1.0mg/L），水洗分子筛去除氨氮的性能稳定可靠，处理效果良好，该材料资源丰富，失效后容易再生，且其设备操作简单，运转管理方便，特别适用于中小型水厂，应该有很好的市场应用前景。
