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不同吸附材料对厌氧发酵液中氨氮的吸附与缓释特性研究

刘泽先  
【摘要】:厌氧发酵液是农业废弃物经厌氧发酵后遗留的残液,因富含多种营养物质和氨氮而具有较强的植物营养及驱杀虫功能。但现在厌氧发酵液都为直接用于杀虫而导致其杀虫效率降低及其它营养成分的浪费。因此将杀虫成分吸附出来进行高效利用是一个研究方向。本研究采用三种不同的吸附材料:弱酸阳离子交换树脂、人工沸石和玉米秸秆生物炭,通过静态吸附法研究了吸附材料在不同条件下(吸附材料投加量、吸附温度、初始氨氮浓度、吸附pH、吸附时间)吸附氨氮的能力,通过吸附等温方程和吸附动力学方程拟合确定了吸附过程和类型,对比了材料在氯化铵溶液中与在厌氧发酵液中吸附氨氮的效果,并且还进行了缓释研究。结果如下:(1)阳离子交换树脂添加达0.5 g以后,氨氮吸附量的提升趋于平缓。吸附效果随温度的上升而加强,并且随着氨氮浓度的提高,树脂吸附量上升,在1000mg/L后逐渐趋于稳定。吸附的最佳pH为7,吸附量达到最大的1.135 mg。吸附过程契合Langmuir等温吸附方程和准二级动力学方程。在氨氮的缓释中,NaCl浓度越高氨氮释放速率越快,并且氨氮释放越多,在200 mg/L时,为2mg,而在10000mg/L时,达到4mg,可以根据实际情况选择NaCl浓度。在树脂吸附厌氧发酵液的过程中,由于干扰离子K+,树脂吸附氨氮的效果下降,仅为4.8 mg,而在NH4Cl溶液中为5.5 mg。(2)人工沸石对氨氮的吸附量随着沸石添加量、初始氨氮浓度和时间的增加而提高。分别在1g、1000 mg/L和80 min时,吸附量的增长基本达到了最大值,之后逐渐的趋于平缓。随着pH的升高,吸附量先升高后降低,最佳的pH为7,达到了 0.4684mg。吸附量会随着温度的升高先升高然后降低,最佳的吸附温度为40℃。沸石吸附氨氮的过程符合Langmuir等温吸附方程和准二级动力学方程。在氨氮缓释中,同样随着NaCl浓度的升高,释放速率和释放量也在逐渐升高,在200 mg/L时,为1.83 mg,在10000 mg/L时,达到了3.5 mg。在沸石吸附厌氧发酵液的过程中,同样因为干扰成分的影响,吸附效果下降,吸附量仅为3.15 mg,而在NH4Cl溶液中为3.5 mg。(3)在不同的条件下(生物炭添加量、时间、pH),玉米秸秆生物炭对氨氮的最大吸附量分别为0.033 mg、0.018 mg和0.012 mg,极大的低于树脂和沸石对氨氮的吸附量,基本上没有吸附能力。


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