為了探索尋找到一種價格低廉、效果明顯的降低水體氨氮和磷含量的方法，對具有資源豐富、價格便宜的膨潤土灰進行了改性及吸附氨氮和磷的靜態(tài)試驗研究，結果表明：對膨潤土進行酸、堿、鹽和熱改性后氨氮的吸附效果有所不同，順序依次為：熱＞堿＞鹽＞酸；對膨潤土進行酸、堿、鹽和熱改性后對磷的吸附效果也不同，順序為：鹽>熱>酸>堿。技術經濟比較，熱改性膨潤土對氨氮的吸附容量大，而鹽改性膨潤土對磷的吸附容量大，在兩種情況下膨潤土是較理想的吸附劑。膨潤土
水源水中較高濃度的氨氮和磷對環(huán)境危害較大,并且氨氮會隨著時間的延長而使其濃度在水體中迅速增加[1-5],如何高效、低成本去除飲用水中氨氮和磷物質一直困擾著這方面的科研者。去除氨氮和磷的技術很多，但是由于存在著處理費用高，不易操作管理，產生二次污染等問題，所以，尋找一種高效、廉價的污水凈化材料已成為解決水問題的突破口之一。鑒于以上因素吸附法具有良好的發(fā)展空間。目前水處理中常用的吸附劑主要有活性炭、沸石、活性白土、膨潤土等，膨潤土在我國儲藏量都很大，是繼美國之后的第二膨潤土資源大國[6]。它主要是跟交換性的陽離子(鉀離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子等)和晶體邊緣破鍵上的陽離子進行交換[7]。膨潤土資源豐富，價格便宜，對水中一些危害物質的去除有較好的去除效果，所以將膨潤土應用于水處理方面還是有開發(fā)前景的。膨潤土
1 試驗部分
1.1 試驗材料
本試驗采用純NH4-Cl 配制的含氮水樣。配制氨氮濃度約為25 mg/L，將0.095 g 的氯化銨（干燥好的）加入1 000 mL 無氨水，定容到1 L 容量瓶中。每天配制新的水樣，并對氨氮濃度進行校訂，用容量瓶保存。硫酸（H2SO4），1+1；過硫酸鉀，50 g/L;抗壞血酸，100 g/L；鉬酸鹽溶液；磷標準使用溶液：2 mg/L；質量分數為1%的NaOH 溶液；質量分數為1%的HCl 溶液。
1.2 試驗方法
1.2.1 氨氮濃度的分析方法
氨氮濃度測定方法采用的是納氏試劑比色法（GB7479-87）。利用碘化汞和碘化鉀的堿性溶液與氨反應生成淡紅棕色膠態(tài)化合物，其色度與氨氮含量成正比，一般將波長設為420 nm，測其吸光度，并計算其含量。
1.2.2 磷濃度的分析方法
總磷濃度測定采用鉬酸鹽分光光度法（GB11893-89）測定。用移液管分別吸附不同體積的磷標準溶液至50 mL 比色管中，稀釋至刻度，加入1 mL 抗壞血酸溶液，30 s 后加2 mL 鉬酸銨溶液充分混勻,進行顯色。在室溫下放置10 min 后測定吸光度。
1.2.3 膨潤土改性方法
膨潤土酸改性：配制體積比分別為0.5%，1.0%，5.0%，10.0%，15.0%的鹽酸（濃度為36%）溶液，分別取出80 mL，放入5 個100 mL 燒杯中，每個燒杯中分別加入8 g 膨潤土，每個燒杯均用玻璃棒攪拌均勻使之充分混合，靜置浸泡12 h，將其洗至中性，在烘箱中于105 ℃下烘2 h。
膨潤土堿改性：配制質量濃度百分比分別為0.5%，1.0%，5.0%，10.0%，15.0%的氫氧化鈉溶液，分別取出80 mL，放入5 個100 mL 聚乙烯燒杯中，每個燒杯中分別加入8 g 膨潤土，每個燒杯均用玻璃棒攪拌均勻使之充分混合，靜置浸泡12 h，將其洗至中性，在烘箱中于110 ℃下烘2 h。
膨潤土鹽改性：配制質量濃度百分比分別為0.5%，1.0%，5.0%，10.0%，15.0%的氯化鈉溶液（同樣方法配制不同百分比的鋁鹽溶液）分別取出80mL，放入5 個100 mL 燒杯中每個燒杯中分別加入8 g 膨潤土，每個燒杯均用玻璃棒攪拌均勻使之充分混合，靜置浸泡12 h，在烘箱中于110 ℃下烘2 h。膨潤土熱改性：將預處理過的膨潤土取出50 g，稱出5 份10 g，將其分別置于馬弗爐中加熱，設定溫度分別為200，300，400，500，600 ℃在每個溫度下焙燒2 h。膨潤土經過上面方法處理后，通過改性膨潤土對氨氮和磷吸附效果的比較，尋找膨潤土的最佳改性方法。
2 膨潤土改性及其對氨氮去除效果的試驗研究
2.1 膨潤土改性及其對氨氮的去除效果
在六聯攪拌機中的15 個試驗杯（分3 組，5 個試驗杯加入不同濃度酸改性膨潤土；5 個加入不同濃度堿改性膨潤土；5 個加入不同濃度鹽改性膨潤土）中，每個試驗杯中分別放入300 mL 氨氮含量為31.15 mg/L 的水樣，室溫，200 r/min，1 h，再靜置10 min，用0.45 μm 濾膜進行過濾，測定經過改性膨潤土處理后水樣的氨氮含量。試驗結果見圖1。
從上面數據的變化規(guī)律圖中可以看出，隨著酸、堿、鹽三種物質的體積比增大，他們對氨氮的去除率反而下降，這是因為H+與NH4+在吸附水中氨氮過程中，存在著競爭吸附。另外可以看到膨潤土經過3 種改性后最高氨氮去除率可分別達到45%，72%，47%左右。平均去除效率分別達到了30.8%，46.8%，45.8%。相比較而言，膨潤土進行酸、堿、鹽和熱改性后氨氮的吸附順序依次為：堿＞鹽＞酸。
2.2 膨潤土熱改性及其對氨氮的去除效果
往5 個試驗杯中分別加入5 g 不同溫度下改性的膨潤土，每個試驗杯中分別放入300 mL 氨氮含量為31.15 mg/L 水樣。室溫，200 r/min,1 h，再靜置10 min，用0.45 μm 濾膜進行過濾，測定經過不同改性膨潤土處理后水樣的氨氮含量。試驗結果見圖2。
從上圖中可以看出膨潤土在400 ℃之前，去除氨氮的效率越來越高，到400 ℃時對氨氮的去除效率最高達到了58.5%，但超過400 ℃后去除效率反而下降。這是由于400 ℃改性的膨潤土，吸附劑孔隙中一些的雜質沒有完全去除，孔隙的吸附面積沒有達到最大，而溫度高于各自溫度的最佳值時，吸附劑內部的晶格結構受到了嚴重的破壞，層與層，孔道與孔道之間塌陷，降低了其吸附能力。在200℃時，吸附劑內部孔道通達，上述兩種物質可對氨氮起到雙重作用，經過高溫焙燒后，由于結構中的碳粒會失去活性，導致吸附能力有所下降。
2.3 膨潤土改性對氨氮的去除規(guī)律
不同的改性條件將導致膨潤土對磷有不同的去除效果，其中，酸改性、鋁鹽改性、熱改性均能不同程度的提高膨潤土對磷的去除效果。鹽的去除效果相對酸改性和熱改性要好得多，改性的效果最明顯。不同改性膨潤土對氨氮的平均去除規(guī)律見圖3。
3 膨潤土改性及其對磷去除效果的試驗研究
3.1 膨潤土改性及其對磷的去除效果
分別稱取經過不同改性后的膨潤土2 g，投到一系列已加入25 mL 濃度為2 mg/L 磷溶液的250 mL錐形瓶中，加塞后恒溫震蕩，在50 r·min-1 下吸附70min 后，取上清液過微孔濾膜，測定濾液中磷濃度，試驗結果見圖4。
膨潤土在酸改性條件下，膨潤土對磷的平均去除率為75.2%，從上圖還可以看出，在酸濃度為5%的情況下，改性效果最明顯。酸度的增加，會使膨潤土的骨架結構塌陷，比表面積和孔體積減小，導致去除率下降。在堿性改性條件下，膨潤土對磷的平均去除率僅為42%，遠遠小于酸改性后的去除效率，這是由于OH-與結構中的Ca2+、Mg2+形成的Ca(OH)2、Mg(OH)2 等沉淀物堵塞膨潤土的孔穴，不能進行正常的離子交換和吸附，在實際生產工藝中沒有應用價值。在鋁鹽改性條件下，膨潤土對磷的平均去除率約為80.4%，因為增加Al3+的濃度可以加快Al3+水解產生產生的陽離子插入到膨潤土層間。在Al3+質量分數為5%時，增加Al3+的濃度，對磷的去除效果沒有提高，說明此時的改性已經達到飽和，此時水解長生的Al3+已充分進入膨潤土層間，Al3+和膨潤土的陽離子已充分的完成了交換，此刻增加Al3+的濃度不能再提高對磷的吸附效果。
3.2 膨潤土熱改性及其對磷的去除效果
分別稱取經過不同溫度改性的膨潤土2 g，投到一系列已加入25 mL 濃度為2 mg/L 磷溶液的250 mL錐形瓶中，加塞后恒溫震蕩，在50 r/min 下吸附70min 后，取上清液過微孔濾膜，測定濾液中磷濃度，試驗結果見圖5。從實驗結果分析，經過熱改性的膨潤土的平均去除率為78.2%，相對于天然的膨潤土，去除率提高了近10%，此外隨著溫度的升高，對磷的去除率先增加，而后隨著溫度的增加，使得對磷的去除率開始下降。
在100～400 ℃階段，溫度的升高使得膨潤土中的一部分羥基脫失，斷鍵的增加使得膨潤土的比表面積增大，故膨潤土對磷的去除率增加，超過400℃時，結構開始破裂，層間的陽離子縮合到結構骨架上，其獨特的卷邊片狀物也剝落，有利吸附的結構遭到破壞，對離子的交換吸附性能就開始降低。
3.3 膨潤土改性對磷的去除規(guī)律
不同的改性條件將導致膨潤土對磷有不同的去除效果，其中，酸改性、鋁鹽改性、熱改性均能不同程度的提高膨潤土對磷的去除效果。鹽的去除效果相對酸改性和熱改性效果要好的多，改性的效果最明顯。不同改性膨潤土對磷的平均去除規(guī)律見圖6。
4 結 論
（1）選用400 ℃熱改性膨潤土，對氨氮的最高去除率為58.6%，平均去除率為47.5%；選用5%的鋁鹽改性膨潤土，對磷的平均去除率為80.4%。
（2）經不同方法改性的膨潤土，對氨氮的去除能力依次為：熱改性膨潤土﹥氫氧化鈉改性膨潤土﹥氯化鈉改性膨潤土﹥鹽酸改性膨潤土；對磷的去除能力依次為：鋁鹽改性膨潤土﹥熱改性膨潤土﹥鹽酸改性膨潤土﹥氫氧化鈉改性膨潤土。
