活性炭和沸石作为吸附材料,分别考察这两种吸附材料对水体中氨氮的吸附特性及其生物再生性能。实验结果表明,活性炭和沸石对水体中氨氮的等温吸附符合Freundlich等温式,其拟合度分别为0.9783和0.9303;静态吸附结果表明活性炭和沸石均具有较好的氨氮吸附性能,24h内沸石对氨氮的吸附能力为1.27mg/g,高于性炭的0.53mg/g;动态吸附中沸石达到吸附饱和的时间为96h,较活性炭达到吸附饱和的时间长,沸石显示出作为氨氮吸附剂的优越性。

一、背景阐述

氨氮是一种重要的水体污染物,水体中氮素含量过高时会引起水体富营养化,危害水生生物,引起水体污染。去除水体中氨氮的方法很多,人工湿地由于成本低、运行简单等优点,已被广泛应用于水体富营养化污染治理。在人工湿地系统中,基质起到了很重要的作用,基质材料既可以拦截过滤污染物,也可以直接吸附或转化污染物,有研究表明,人工湿地基质中微生物的代谢是去除氮的主要作用。常用的湿地基质有沸石、活性炭等,其中以绿色无污染、经济合理的活性炭和沸石应用最为广泛。活性炭因其具有发达孔隙结构,且来源广、价格低、吸附容量大、吸附性能好,在环境领域应用广泛且效果显著;沸石骨架结构由硅(铝)氧桥相互连接构成,形成分子筛,使其具有独特的吸附性能,去除污染物的能力也非常明显。在污水处理过程中,当吸附剂达到吸附饱和时,其吸附作用就会降低,因此要对吸附剂进行再生来使其循环利用。在吸附剂再生技术中,生物再生技术因其成本低廉、操作简单,已成为吸附剂再生技术的研究热点。在氨氮废水处理中,吸附剂的生物再生是指化学再生和硝化菌硝化作用相互结合的过程,吸附剂作为微生物生长的介质,吸附氨氮的同时可以依靠微生物的硝化作用实现吸附剂的生物再生。

二、沸石与活性炭的氨氮吸附比较

图1和图2为2种湿地基质的电镜扫描照片,可以看出活性炭和沸石表面都不均匀,均为多孔结构,孔隙率很高,具有较大的比表面积。

活性炭和沸石对氨氮的吸附特性介绍-国投盛世

活性炭和沸石对氨氮的吸附特性介绍-国投盛世

动态吸附实验结果如图5所示。动态吸附过程中,沸石对NH4+-N的浓度始终低于活性炭出水中NH4+-N浓度,且沸石柱达到吸附饱和比较缓慢,大约需要96h。所以,沸石比活性炭更能够持续高效地去除氨氮。

活性炭和沸石对氨氮的吸附特性介绍-国投盛世

总之,活性炭和沸石表面均具备多孔结构,是良好的生物载体材料。活性炭和沸石的等温吸附结果与Freundlich等温式有较高的拟合度,即吸附量与溶液浓度的对数关系为线性;在静态吸附实验中,沸石对NH+4-N具有较大的吸附量,体现了更强的吸附性;在动态吸附实验中,沸石较活性炭达到吸附饱和的时间长,且出水NH4+-N浓度低,对氨氮去除效率高。综上所述,沸石较活性炭更适合作为NH4+-N的吸附剂,在人工湿地基质选择中,沸石表现出较好的优越性。