沼山沸石去除水中氨氮的研究

摘要

沼山沸石是湖北省新近开发出来的一种天然斜发沸石，其研究工作刚刚开始。该课题是在实验室条件下进行的，重点研究沼山沸石吸附水中氨氮的基本性能，以及不同试验条件对该沸石去氨氮效果的影响；根据沼山沸石的吸附性能，制备改性沸石(主要是利用加热、酸、碱、盐改性)，研究合适的改性条件以及改性沸石去氨氮的效果；同时根据沼山沸石吸附微生物的特性，分别用来固定硝化细菌和光合细菌，制成生物沸石，研究生物沸石去除氨氮的效果及相关因素对氨氮去除效果的影响，试验结果如下： 沼山沸石的阳离子(NH4+)交换容量为4.068mg/g，其对氨氮的吸附过程很好的符合Freundlich吸附等温式。沼山沸石吸附氨氮后会发生解吸，用1000mg/L的NaCl溶液洗脱吸附平衡后的沼山沸石，解吸率达到42.4％，并且解吸率随着沸石吸附量的增大而增大。 沸石的用量、沸石和氨氮接触时间、溶液pH值、环境温度都会对沼山沸石去氨氮的效果产生很大的影响。在氨氮含量一定的溶液中，开始时氨氮去除率随沼山沸石投加量的增加而增加，当氨氮去除率增大到一定的时候，再增加沸石用量，氨氮去除率增加有限；沼山沸石吸附水中氨氮的速度较快，约20min即可达到平衡，并且该平衡持续时间较长(2h)；溶液pH值对氨氮去除率有较大影响，pH＜7时，氨氮去除率随pH值的升高而增加，pH＞7时，氨氮去除率随pH的升高而降低，pH值=6-8时，氨氮去除率较高；温度越高，氨氮吸附量越大，但是温度大于25℃时，升温对氨氮吸附效果的改善不大，低温(小于25℃)的影响相对较大。 加热改性的适宜温度为450℃，适宜时间为2.5h，此时改性沸石的氨氮去除率比未改性时提高了12.36％；酸(H2SO4、HCl和HNO3)改性沸石的氨氮去除率比未改性时略有提高，说明沼山沸石不适合用酸来改性；低浓度NaOH溶液(小于0.75mol/L)有一定的改性效果，但所需洗涤时间较酸和盐长，操作麻烦；NaCl改性能明显提高沸石对氨氮的去除率，且改性沼山沸石对氨氮的吸附性能比未改性时要提高10倍以上。综合考虑技术经济等因素的影响，认为适宜改性的NaCl浓度为2.0mol/L，改性时间4h，并且该浓度下适宜改性的沸石质量与NaCl溶液体积比为0.25g/ml。 硝化沸石去除水中氨氮的效果比沼山沸石和硝化细菌去氨氮的效果都要好，且效果比较持久(10d)；pH值对硝化沸石去氨氮的效果影响很大，pH值在稍偏碱性的环境中效果较好，但是不能超过8.5；接种量对硝化沸石去氨氮的效果有影响，接种量越大，氨氮去除率越高，但是接种硝化细菌过多，氨氮去除率有所下降；温度对硝化沸石去氨氮的影响很大，环境温度为32℃时，硝化沸石活性最好，氨氮去除率最高，低温(20℃以下)成为硝化沸石去氨氮的限制因素。 固体光合菌剂去除水中氨氮的效果比沼山沸石和光合菌液去氨氮的效果都好，说明该固定化技术能够保持光合细菌的活性不丧失，并且还能发挥生化结合沸石去氨氮的作用；接种量对固体光合菌剂去氨氮的效果有影响，开始时氨氮去除率随接种量的增加而迅速增大，但到了一定剂量时，再增加接种量，氨氮去除率增加缓慢；pH对固体光合菌剂去氨氮的影响较大，pH=8时氨氮去除率最高，pH＞8时，pH值升高，氨氮去除率急剧下降，主要是光合细菌对pH很敏感；在本实验中，温度为30℃时氨氮去除率最高，低于30℃时，氨氮去除率随着温度的升高而增加，高于30℃时，氨氮去除率随着温度的升高而降低。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

1养殖水体中的氨氮污染

1.1养殖水体中氨氮的来源与形态

1.2养殖水体中氨氮的危害

1.3养殖水体中允许氨氮存在的标准

2养殖水体中氨氮处理的常用方法

2.1增氧

2.2使用氧化剂

2.3泼洒沸石

2.4使用微生物制剂

2.5大水面(50亩以上鱼池)可种植水生植物

2.6控制浮游动物数量，可减少水中氨氮的来源

2.7利用生物转盘和生物转筒去氨氮

3沸石及其在氨氮处理中的应用

3.1沸石的结构与性质

3.2沸石去除氨氮的作用机理

3.3天然沸石的改性方法

3.4沸石在氨氮处理中的应用研究

4沸石在水处理研究中存在问题

5本研究的目的和意义

第二章沼山沸石的特性及其去除水中氨氮的研究

1材料与方法

1.1试验材料

1.2试验方法

2结果与分析

2.1沼山沸石的阳离子交换容量(CEC)

2.2沼山沸石的氨氮吸附容量

2.3化学洗脱作用下沸石的解吸

2.4沼山沸石去氨氮影响因素试验

3讨论

3.1氨氮吸附容量

3.2吸附等温线

3.3试验条件对沸石去除氨氮的影响

4结论

第三章沼山沸石的改性及其去除水中氨氮的研究

1材料与方法

1.1试验材料

1.2试验方法

2结果与分析

2.1加热改性

2.2盐酸改性

2.3硫酸改性

2.4硝酸改性

2.5氢氧化钠改性

2.6氯化钠改性

3讨论

3.1加热改性对沸石去氨氮效果的影响

3.2酸碱改性对沸石去氨氮效果的影响

3.3盐改性对沸石去氨氮效果的影响

4结论

第四章生物沸石去除水中氨氮的研究

1材料与方法

1.1试验材料

1.2试验方法

2结果与分析

2.1硝化细菌计数

2.2硝化沸石去氨氮的试验结果与分析

2.3光合细菌计数

2.4固体光合菌剂去氨氮的试验结果与分析

3讨论

3.1生物膜的构建对硝化细菌功能的影响

3.2反应时间、接种量、pH值和温度对硝化沸石去氨氮的影响

3.3光合细菌固定化对氨氮去除率的影响

3.4接种量、pH值、温度对固体光合菌剂去氨氮的影响

4结论

4.1硝化沸石去氨氮的研究结果

4.2固体光合菌剂去氨氮的研究结果

参考文献

致 谢

附录1试剂或培养基配制

附录2研究生阶段论文发表情况