近年來，隨著礦山采礦、礦物加工、燃煤、化工、有色金屬冶煉等產業的迅猛發展，排放到水體中的重金屬和氨氮的含量已嚴重超標。砷化合物(三價砷化物、五價砷化物等) 的毒性很大，它們能與人體細胞酶系統中的巰基(SH-) 結合，形成穩定的環狀絡合物，使含巰基的酶喪失活性［1］。氨氮是植物和微生物的主要營養物質，水體中過量的氨氮會導致水體的富營養化，使水體發黑變臭引起水質的惡化［2］。
在工業上常用于處理含砷廢水的方法有化學沉淀法［3-5］;對于氨氮廢水的處理，高濃度的氨氮廢水，工業上一般采用吹脫法［6］和蒸汽汽提法［7］，低濃度的氨氮廢水常用的方法為生物法。本實驗采用粉煤灰作為吸附劑，尋求合適的改性方法以達到對砷和氨氮的同時去除。
1 實驗材料
(1) 模擬廢水的配制。本實驗用水為實驗室配制的兩模擬廢水，一模擬廢水含砷10mg/L，另一模擬廢水含氨氮200mg/L，置于冰箱中避光保存。
(2) 改性粉煤灰的制備。本試驗粉煤灰取自江西某電廠。用自來水對粉煤灰淘洗4～5 次，沉淀，除去泥沙等機械雜質后，將粉煤灰放置在烘箱中，105 ℃下烘24 h，過200 目篩備用。
(3) 粉煤灰改性方法有: ①NaOH 改性/FeCl3改性: 取50 g粉煤灰，加入4 mol/L 的NaOH 溶液/0. 1 mol/L 的FeCl3溶液250 mL(固液比1∶5) ，80 ℃下水浴恒溫振蕩4 h，取出后水洗至中性，在電熱鼓風干燥箱中105 ℃烘干，制得NaOH/FeCl3改性粉煤灰。②NaOH+FeCl3復合改性: NaOH 改性粉煤灰，再用FeCl3改性方法進行改性，制得NaOH+FeCl3復合改性的粉煤灰。
2 實驗結果與分析
(1) 不同改性方法的處理效果。不同改性劑改性的粉煤灰對砷和氨氮的效果如圖1。
由圖1 中可知: 未改性粉煤灰對砷和氨氮都有一定的吸附作用，但是吸附效果不佳; NaOH 改性粉煤灰對氨氮有很好的吸附效果，但砷的去除效果比未改性的有所降低; FeCl3改性粉煤灰的吸附效果和未改性的相比幾乎沒變，且直接經FeCl3改性的粉煤灰對砷的去除率不高，而復合改性后的粉煤灰對砷的去除率有很大的提高。分析認為，粉煤灰先經NaOH 改性后，陽離子的交換量有所增加，再經FeCl3改性后，鐵離子更容易吸附在經NaOH 改性的粉煤灰表面。復合改性的粉煤灰和未改性的相比，砷和氨氮的去除率都有所提高。因此，后續實驗均采用復合改性的粉煤灰。
(2) 不同改性劑濃度的處理效果。復合改性的粉煤灰中，不同濃度的FeCl3對砷和氨氮的去除效果如圖2 所示。
由圖2 可知: 隨著改性劑FeCl3濃度的增加，砷的去除率逐漸增加，當其濃度高于0. 1 mol/L 時，砷的去除率基本達到穩定; 而氨氮的去除率卻隨FeCl3濃度的增加而降低。分析認為，復合改性的粉煤灰中，鐵離子會覆蓋在粉煤灰的表面，因鐵離子會和砷酸根反應，生成沉淀物被粉煤灰吸附，因此砷的去除率會隨鐵離子濃度而增加; 而氨根離子和鐵離子均為陽離子，復合改性后的粉煤灰中，鐵離子很可能占用了銨根的吸附點位，導致銨根離子的去除率有所下降。
(3) 復合改性粉煤灰除砷及氨氮性能研究
①不同pH 的影響。模擬廢水中含砷5mg/L，含氨氮100mg/L，復合改性粉煤灰的投加量20 g/L，室溫(25 ℃) 下攪拌1 h，考察不同pH 對砷和氨氮的去除效果，結果如圖3。
由圖3 可知: 隨著pH 的增大，砷的去除率整體呈下降趨勢，當pH 超過6 時，去除率急劇下降，這可能是因為堿性條件下，砷酸根離子和氫氧根離子與鐵離子的結合有競爭作用，導致了砷去除率的下降。在酸性條件下，氨氮的去除率隨著pH 的提高而增大，在pH 為中性時達到高峰后又下降，在pH =8 時又開始上升。分析認為，這是由于在酸性環境中，存在大量的H+。根據陽離子交換順序:
H+＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞mg2+＞NH4+＞K+＞Na+＞Li+
可知H+ 的交換能力遠大于NH4+，與之爭奪粉煤灰的活性點位。當pH 為6 時，去除率在45% 左右; 當pH 在堿性范圍內變化時，去除率逐漸下降，這是由于弱堿條件下銨根離子會與OH-反應，所以降低了銨根離子的交換量，隨著pH 的增加，銨根離子轉化為氨氣的形式去除，這可能是pH 為9 時，氨氮去除率有所增加的原因。
②復合改性粉煤灰投加量的影響。模擬廢水中含砷5mg/L，含氨氮100mg/L，調節廢水的pH 為6，室溫下攪拌1 h，考察不同的投加量對砷和氨氮的去除效果，結果如圖4。
由圖4 可知: 投加量在20 g/L 以下，隨著投加量的的增加，砷的去除率的提高較明顯，在投加量超過20 g/L 后，隨著投加量的繼續增加，砷的去除率變化較為平緩，變化幅度較小; 氨氮去除率隨著投加量的增加而增加，投加量超過40 g/L后去除率還在持續增加，說明砷達到了平衡吸附量時，氨氮還未達到。
③混合體系和單一體系初始濃度的影響。調節廢水的pH為6，復合改性粉煤灰的投加量為20 g/L，室溫下攪拌1 h，考察單一體系和混合體系下初始濃度對砷和氨氮的去除效果，結果如圖5 和圖6。
從圖5 可知: 當砷的初始濃度低于2mg/L 時，混合體系中氨氮的去除率高于單一體系下的去除率，說明此時少量的砷促進了改性粉煤灰對氨氮的吸附; 當砷的初始濃度較高時，混合體系中氨氮的去除率低于單一體系下的去除率。從圖6 可知:在單一體系下砷的去除率比混合體系下的高。
分析認為，由于物理吸附不存在選擇性，在吸附點位一定的情況下，混合體系中兩種污染物的吸附量會低于單一體系，所以相應的去除率也低于單一體系。
廢水中含砷2mg/L，含氨氮50mg/L，經過復合改性粉煤灰的處理后，砷和氨氮的去除率分別達到83. 33% 和82. 48%，出水已達到了《污水綜合排放標準》(GB8978-1996) 中砷和氨氮的排放要求。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
3 結論
根據模擬廢水中砷和氨氮的去除效果，與其它改性方法相比，NaOH+FeCl3復合改性的粉煤灰對兩種污染物都有較好的去除效果，改性劑FeCl3的濃度對砷的去除影響較大。廢水中含砷2mg/L，含氨氮50mg/L，復合改性粉煤灰的投加量為20 g/L，廢水pH 為6，攪拌1 h，砷和氨氮的去除率分別達到83. 33% 和82. 48%，出水已達到了《污水綜合排放標準》(GB8978-1996) 中砷和氨氮的排放要求。
