吸附法去除氨氮废水常用的吸附剂

一、吸附法的概述

在吸附法脱氮处理废水方面，国内、外都做了大量研究，提出了多种可行工艺。重点主要集中在吸附法的机理、吸附剂的性质对比和再生方法的研究。研究较多的有沸石、粉煤灰、膨润土等。

氨氮的去除原理主要是非离子氨的吸附作用和离子氨的离子交换作用，影响去除氨氮的主要因素包括吸附剂溶液作用时间、吸附剂用量、溶液中氨氮浓度、吸附剂的粒度和溶液的温度等。

在废水处理实践中，多种废水经二级处理后仍达不到排放标准，需要对二级出水作进一步的深度处理。为此，吸附法还被用于深度脱氮。   

沸石吸附法在美国、日本已经成功地实现工业化。主要使用固定床吸附柱，以斜发沸石为吸附剂，粒径0.8～1.7mm，空速5～10/h，进水氨氮浓度20mg/L，出水氨氮浓度<1mg/L。

二、几种常用吸附剂

1.活性碳

活性碳(AC)是一种常见的吸附材料，主要有粒状和粉末状。活性炭可用动植物、煤、石油、纸浆废液、废合成树脂及其他有机残物等，经粉碎及加粘合剂成型后，经加热脱水、炭化、活化而制得。

活性炭具有巨大的比表面和特别发达的微孔，通常活性炭的比表面积高达500～1700㎡/g。活性炭的微孔容积约为0.15～0.9mL/g，表面积占总表面积的95%以上。

活性炭的吸附以物理吸附为主，但由于表面氧化物存在，也进行一些化学选择性吸附。活性炭是目前废水处理中普遍采用的吸附剂。

其中粒状炭因工艺简单，操作方便，用量最大。

国外使用的粒状炭多为煤质或果壳质无定型炭，国内多用柱状煤质炭。活性炭主要是吸附水中的氨分子形式的氮，无选择性，吸附容量有限，所以脱氮效率很低。

2.活性炭纤维

活性炭纤维(ACF)是一种新型吸附功能材料，它以木质素、纤维素、酚醛纤维、聚丙烯纤维、沥青纤维等为原料，经炭化和活化制得。

与活性炭相比较，ACF具有特有的微孔结构、更高的外表面积和比表面积以及多种官能团，平均细孔直径也更小，通过物理吸附、化学吸附以及物理化学吸附等方式在废水、废气处理、水净化等领域得到了广泛应用。

纤维状活性炭微孔体积占总孔体积90%左右，其微孔孔径大部分在1nm左右，没有过渡孔和大孔。比表面积一般为600～1200㎡/g，甚至可达3000㎡/g。

活性炭纤维脱附再生速率快、时间短，且其性能不变，这一点优于活性炭。ACF成品可制成毡、布、纸片等形状，在实际应用中更为灵活，操作也更为简易方便，并且具有一定的强度，耐破损，克服了粒状和粉状活性炭在操作过程中形成的沟槽和沉降等问题。与活性炭一样，活性炭纤维吸附时无选择性，主要用于吸附有机污染物，而对氨氮吸附量有限，一般用于炼油厂综合废水处理。

3.沸石

沸石(Zeolite)是一种分布广泛开采量很高的天然而价廉的离子交换物质。天然产的沸石有许多种类，其中以斜发沸石(Clinoptilolite)和丝光沸石(Mordenite)为主。沸石是一种含水架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质，构成沸石骨架的最基本结构是硅氧(SiO4)四面体和铝氧(AlO4)四面体。沸石具有空旷的骨架结构，晶穴体积约为总体积的40%～50%，孔径大多在1nm以下。

沸石具有很大的比表面积(400～800㎡/g沸石)，仅次于活性炭，可用作吸附剂、离子交换剂等，沸石对极性、不饱和及易极化分子具有优先的选择吸附作用，而且沸石有耐酸、耐碱、热稳定等性能，工业上常用于废水处理。

沸石具有较大的吸附能力和净化效果，其斜发沸石和丝光沸石的阳离子交换容量分别为223meq/100g(毫克当量)和213meq/100g。由于天然沸石中含有杂质，所以纯度较高的沸石交换容量不大于200meq/100g，一般为100～150meq/100g。

斜发沸石在离子交换和定量处理方面，对NH₄⁺-N具有较好的选择性，因此工程上可以用于污水脱除氨氮处理工艺，脱氮率可达90%～97%。工业上沸石除氨装置较为简单，一般为一圆柱形滤器。

沸石进行再生处理的主要方法有利用NaOH或NaCl溶液的化学溶液再生和500℃～600℃的高温条件下将沸石中的NH₄⁺转变为NH3气体的燃烧法再生。

沸石反复再生后对NH₄⁺的吸附交换能力影响不大，但由于污水中共存阳离子如Ca²⁺，会使沸石的交换能力呈不可逆性降低。

4.腐植酸系吸附剂

腐植酸是一种带负电的聚电解质，具有庞大分子量的有机物。腐植酸类物质可用于处理工业废水，尤其是重金属废水及放射性废水，除去其中的离子。

腐植酸本身的性质和结构决定了它对阳离子的吸附性能。

腐植酸对阳离子的吸附，包括离子交换、整合、表面吸附、凝聚等作用，既有化学吸附，又有物理吸附。用作吸附剂的腐植酸类物质有两大类：一类是天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等，直接作吸附剂用或经简单处理后作吸附剂用；另一类是把富含腐植酸的物质用适当的粘结剂作成腐植酸系树脂，造粒成型，用于管式或塔式吸附装置。

5.煤质吸附剂

活性炭是一种优质吸附剂，但价格昂贵，再生困难，使其使用受到限制。因此，开发制造廉价的代用品具有重要意义。褐煤、长焰煤、无烟煤等具有高的孔隙率和比表面积，用其制取煤质吸附剂具有远大前景。

煤质吸附剂对废水中金属离子、氰化物、挥发酚等都有去除作用，吸附能力强，而且价格低廉，无需再生。将煤与浓硫酸或发烟硫酸反应生成磺化煤，可用于处理TNT废水，吸附后用丙酮或乙酸乙酯加乙醇很容易解吸，可反复利用。