改性沸石處理氨氮廢水的研究進展

喻嵐 徐冰峰 庹婧藝 王雪穎 郭露遙 趙順宇

(昆明理工大學建筑工程學院 昆明 650500)

0 引言

氮磷污染物進入水體后會導致藻類大量生長，造成水體富營養化。NH3—N廢水污染源多、排放量大、濃度變化大，排入水體會引起水體缺氧，造成水體黑臭，對人群及生物產生毒害作用。NH3—N廢水處理技術主要有吹脫法、吸附法、折點加氯法、化學沉淀法、生物處理法等，目前使用較廣的方法是吸附法。NZ(天然沸石)作為最常見的吸附劑之一，在我國儲量較大，是一種含水硅(鋁)酸鹽晶體，呈四面體三維骨架結構，具有吸附性、離子交換性等特性，其孔道常被水、碳酸鹽、有機物和其他無機物等雜質占據，吸附容量有限，循環利用率低[1-2]。通常采用熱、酸、堿、鹽、表面活性劑和復合改性等方式對NZ進行改性，以期增加沸石孔道空隙率，改變硅鋁比、陽離子類型，提高其對廢水的去除效果。本文對MZ(改性沸石)處理NH3—N廢水效果及沸石再生進行研究，以期為相關研究的開展提供參考。

1 沸石改性方法及效果

1.1 物理單一改性

物理單一改性主要有高溫焙燒[2-3]和微波輻照[2,4]等加熱方式，通過加熱可以去除NZ孔道內的雜質，增大NZ比表面積，改善離子交換性能，提高吸附能力。高溫焙燒是通過熱源由外向內縱向加熱，加熱不均勻、速度慢、效率低。微波輻照法具有不同于傳統加熱方式的熱效應，通過微波由內向外加熱，在不同深度同時產生熱效應，加熱快速均勻、時間縮短、質量改善[4]。物理單一改性對NH3—N吸附效果如表1所示，由表可見，微波較焙燒改性時間短，物理單一改性對NH3—N去除率也進一步提高，但有些吸附能力沒有得到明顯改善，這是因為焙燒溫度過高或微波輻射功率過大會破壞沸石孔道結構，使沸石的除氨率降低。

1.2 化學單一改性

常用酸、堿、鹽、表面活性劑等方式對NZ改性，改善NZ的吸附性能和離子交換性能。沸石吸附時發生的離子置換反應為

(1)

式中，Z為沸石；Y為待置換的陽離子；n為電荷數。

1.2.1 酸改性

表1 物理單一改性對NH3—N吸附效果

表2 酸改性對NH3—N吸附效果

1.2.2 堿改性

堿改性是在不改變沸石骨架結構的情況下，選擇性脫除沸石骨架的Si，降低硅鋁比，增加沸石吸附位點，改善沸石吸附性能，同時引入堿金屬離子，增強沸石的離子交換性能[2,7-8]。堿改性對NH3—N吸附效果如表3所示。由表可見，堿改性可以增加沸石的交換量，改善沸石對NH3—N廢水的去除效果。這是由于堿的加入在引入陽離子的同時，降低了硅鋁比，更多的Si4+被Al3+置換，增強了沸石表面的負電性，提高了對NH4+的吸附能力和離子交換能力[2]。

表3 堿改性對NH3—N吸附效果

1.2.3 鹽改性

表4 鈉鹽改性對NH3—N吸附效果

續表4

1.2.4 表面活性劑改性

表5 表面活性劑改性對NH3—N吸附效果

1.3 物化復合改性

表6 物化復合改性對NH3—N吸附效果

2 沸石再生方法及效果

2.1 物理再生

2.2 化學再生

(2)

2.3 生物再生

生物再生是依靠微生物的硝化作用降解吸附質，恢復沸石的吸附容量[21]。李云輝等[22]用生物法再生沸石，當MLVSS(揮發性懸浮物固體質量濃度)從594 mg/L增加至2 750 mg/L時，再生時間從19.5 h縮短至2.3 h。

2.4 電化學再生

3 結語

NZ具有吸附性和離子交換性，對NH3—N具有較好的去除效果，為進一步提高NZ吸附容量，可對其改性。

(1)物理單一改性能使NH3—N去除率提高10%以上，微波較焙燒輻射時間短(30 min內)，沸石受熱均勻，可進一步提高改性效率。化學單一改性中，無機酸改性對NH3—N吸附效果較差，而有機酸CH3COOH(77.38%)、C6H8O7(81.88%)對NZ改性后，NH3—N去除率分別提高了16.7%、21.2%；堿改性可提高NZ的交換容量，但吸附能力提升不大；鹽改性中鈉鹽改性去除率較NZ提高了30%以上，尤其是Na3C6H5O7改性后對NH3—N去除率可達98.14%；SDS陰離子表面活性劑改性后對NH3—N去除率達97%，較NZ提高了36.32%。物化復合改性中，微波+鈉鹽改性可使NH3—N去除率達92.11%～99.7%。

(2)微波+化學試劑的再生方法可高效快速地對吸附飽和沸石進行再生，經多次再生的沸石的吸附容量和吸附速率仍保持較高水平，尤其是微波+NaCl和NaOH混合液再生沸石，再生率接近100%，可實現沸石的循環利用。