Investigation of adsorption equilibrium in the system of ammonium ions and a calcined sorbent from ash and slag waste of thermal power plants

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A calcined sorbent from ash and slag waste of thermal power plants was used for water purification from ammonium ions. Experiments were carried out under static conditions at a temperature of 25±2 °С. The concentration of ammonium ions in the solution was measured by the spectrophotometric method according to the established graduation characteristic tested for convergence and correctness. The sorption process was studied at a sorbent dose of 1.0 g per 50 cm3 of the model solution taking the specific pore volume of the sorbent into account. For a solution with an ammonium ion content of 20 mg/dm3, the following modifications were carried out: the frequency of magnetic stirrer rotation was varied from 50 to 500 rpm; the pH of the solution – from 4 to 9; and the time to equilibrium – from 10 to 210 min. The time to equilibrium was 180 min. The effect of initial concentration of ammonium ions (2.0; 5.0; 20; 50 and 100 mg/dm3) in the solution on the adsorption process was studied under optimal sorption parameters. The adsorption equilibrium in the “ammonium ions–calcined sorbent” system was studied for the initial concentration of ammonium ions from 5 to 300 mg/dm3. Experimental data were processed using Langmuir and Freundlich adsorption isotherms. The maximum value of adsorption comprised 1.1251 mg/g. The experimental data were found to agree with the Langmuir theory. To describe the adsorption kinetics, the parameters of pseudo-first and pseudo-second order equations were determined. The highest convergence between the experimental and calculated data was achieved by the pseudo-first order model.

About the authors

T. G. Korotkova

Kuban State Technological University

Email: korotkova1964@mail.ru

A. M. Zakolyukina

Kuban State Technological University

Email: Zakolyukina_AM@mail.ru

S. A. Bushumov

Kuban State Technological University

Email: bushumov@list.ru

References

  1. Ревво А.В., Студенок А.Г., Студенок Г.А. Оценка методов очистки сточных вод от соединений азота для дренажных вод горных предприятий // Известия Уральского государственного горного университета. 2013. N 2. С. 26–30.
  2. Кондрашев В.А., Метелица С.Г. Очистка сточных вод биотуалетов вагонов железнодорожных поездов от ионов аммония отдувкой воздухом // Водоснабжение и санитарная техника. 2022. N 11. С. 34–41. https://doi.org/10.35776/VST.2022.11.04.
  3. Gupta V.K., Sadegh H., Yari M., Shahryari Ghoshekandi R., Maazinejad B., Chahardor M. Removal of ammonium ions from wastewater. A short review in development of efficient methods // Global Journal of Environmental Science and Management. 2015. Vol. 1, no. 2. P. 149–158. https://doi.org/10.7508/gjesm.2015.02.007.
  4. Zhang L.Y., Zhang H.Y., Guo W., Tian Y.L. Sorption characteristics and mechanisms of ammonium by coal by-products: slag, honeycomb-cinder and coal gangue // International Journal of Environmental Science and Technology. 2013. Vol. 10. P. 1309–1318. https://doi.org/10.1007/s13762-012-0168-x.
  5. Горбачева Т.Т., Майоров Д.В. Золошлаки ТЭЦ как сорбент для очистки сточных вод от ионов аммония // Теплоэнергетика. 2022. N 3. С. 72–79. https://doi.org/10.1134/S0040363622030043.
  6. Affandi K.A., Bagastyo A.Y., Fitriana A.R. Removal of ammonium and phosphate in the synthetic wastewater using coal fly ash adsorbent // Journal of Environment and Sustainability. 2021. Vol. 5, no. 1. P. 25–34. https://doi.org/10.22515/sustinere.jes.v5i1.129.
  7. Tang H., Xu X., Wang B., Lv C., Shi D. Removal of ammonium from swine wastewater using synthesized zeolite from fly ash // Sustainability. 2020. Vol. 12, no. 8. P. 3423. https://doi.org/10.3390/su12083423.
  8. Lv P., Meng R., Mao Z., Deng M. Hydrothermal synthesis of sodalite-type N-A-S-H from fly ash to remove ammonium and phosphorus from water // Materials. 2021. Vol. 14, no. 11. P. 2741. https://doi.org/10.3390/ma14112741.
  9. Otal E., Vilches L.F., Luna Y., Poblete R., García-Maya J.M., Fernández-Pereira C. Ammonium ion adsorption and settleability improvement achieved in a synthetic zeolite-amended activated sludge // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2013. Vol. 21, no. 9. P. 1062–1068. https://doi.org/10.1016/S10049541(13)60566-2.
  10. Uğurlu M., Karaoğlu M.H. Adsorption of ammonium from an aqueous solution by fly ash and sepiolite: isotherm, kinetic and thermodynamic analysis // Microporous and Mesoporous Materials. 2011. Vol. 139, no. 1-3. P. 173–178. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2010.10.039.
  11. Yuliani G., Liswanti W., Murida R., Mutiara S., Setiabudi A. Adsorption-desorption properties of ammonium ion on zeolite bottom ash in aqueous solution // Proceedings of the 7th Mathematics, Science, and Computer Science Education International Seminar. Bandung, West Java, Indonesia, 2019. https://doi.org/10.4108/eai.12-10-2019.2296462.
  12. Yuliani G., Hadirahmanto A.T., Murida R., Setiabudi A. Preparation of zeolite from coal fly ash and its adsorption-desorption behavior on ammonium ion in aqueous solution // Journal of Engineering Science and Technology. 2020. Vol. 15, no. 2. P. 982–990.
  13. Juan R., Hernandez S., Andrés J.M., Ruiz C. Ion exchange uptake of ammonium in wastewater from a sewage treatment plant by zeolitic materials from fly ash // Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 161, no. 2-3. P. 781–786. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.04.025.
  14. Ji X.D., Zhang M.L., Ke Y.Y., Song Y.C. Simultaneous immobilization of ammonium and phosphate from aqueous solution using zeolites synthesized from fly ashes // Water Science & Technology. 2013. Vol. 67, no. 6. P. 1324–1331. https://doi.org/10.2166/wst.2013.690.
  15. Wang J., Guo X. Adsorption kinetic models: physical meanings, applications, and solving method // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 390. P. 122156. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122156.
  16. Пат. N 2708604, Российская Федерация, B01J 20/30. Способ получения сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов / С.А. Бушумов, Т.Г. Короткова; патентообладатель ФГБОУ ВО «КубГТУ». Заявл. 01.07.2019; опубл. 09.12.2019. Бюл. N 34.
  17. Bushumov S.A., Korotkova T.G. Determination of physical and chemical properties of the modified sorbent from ash-and-slag waste accumulated on ash dumps by hydraulic ash removal // RASÃYAN Journal of Chemistry. 2020. Vol. 13, no. 3. P. 1619–1626.
  18. Короткова Т.Г., Бушумов С.А. Кинетические кривые сорбции нефтепродуктов прокаленным сорбентом из золошлаковых отходов теплоэнергетики // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2023. Т. 13. N 1. С. 142–151. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2023-13-1-142-151.
  19. Runtti H., Sundhararasu E., Pesonen J., Tuomikoski S., Hu T., Lassi U., et al. Removal of ammonium ions from aqueous solutions using alkali-activated analcime as sorbent // ChemEngineering. 2023. Vol. 7, no. 5. https://doi.org/10.3390/chemengineering7010005.
  20. Zhao Y., Luan H., Yang B., Li Z., Song M., Li B., et al. Adsorption of low-concentration ammonia nitrogen from water on alkali-modified coal fly ash: characterization and mechanism // Water. 2023. Vol. 15, no. 5. P. 956. https://doi.org/10.3390/w15050956.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».