沸石是一种硅酸盐矿物质,经火山爆发而发生的结晶体,它具有孔隙发达,吸附强,是一种无机物离子交换剂的去除作用,在水中还可与其他Ca2+、Mg2+、Cs+、K+、Na+等重金属阳离子进行交换以降低水的总硬度,另外它还有面积大,内部静电强的优点,可使污水水质能达标排放,沸石对NH4+具有较高的选择性,可有效去除废水中的氨氮。

1、粒径

粒径对天然沸石的离子交换容量有较大影响。研究了粒径为0.5~1.0mm、0.3~1.6mm和1.6~4.0mm三种沸石的离子交换容量,发现粒径越小则交换容量越大。研究得出,当粒径>1.0mm时离子交换容量急剧下降,然而粒径越小则在净化废水时的水头损失越大。推荐的最小粒径为0.4~0.5mm。研究表明,在低表面负荷下粒径为0.25~0.5mm和2.0~2.8mm的沸石之交换容量接近。当负荷较高时,小颗粒的沸石有较大的交换能力。

2、水力停留时间

水力停留时间影响着沸石的离子交换容量。研究发现,当停留时间<3min时NH4+泄露非常快,5min后沸石的离子交换量达到最大,因此选择停留时间为5min。有人认为沸石的离子交换过程发生在10min之内,当停留时间<6min时泄露已明显加快。

3、进水NH4-N浓度

研究了进水NH4+-N浓度为17~45mg/L时的影响后,结论为:较高的进水浓度导致了NH4+的快速泄露;虽然进水浓度不同,交换容量却相当接近。类似实验却认为高的进水浓度会取得较大的交换容量。

4、污水组分

废水中其他干扰离子的存在对NH4+的交换构成竞争,导致沸石对NH4+的交换容量下降。研究认为,当阳离子浓度高达0.01mol/L时,交换容量显著下降。发现沸石对蒸馏水中NH4+的交换容量高于对自来水中NH4+的交换容量。不同的阳离子具有不同的交换势,只根据阳离子浓度去估计其对NH4+的影响是不够的。

5、pH值

研究发现,在pH=4~8时交换容量变化不大,但超出此范围时则下降很快,最大的交换容量在pH=6时。他们认为在pH值低时,H+会与NH4+竞争,而在pH值高时NH4+会转变为NH3,均导致废水中的NH4+浓度降低,影响了沸石对NH4+的吸附。发现大部分NH4+在pH=7时被吸附,认为在pH值较高时沸石表面形成了新的吸附点。

6、温度

一般认为,随着温度的升高交换容量增大。研究表明:在10~20℃时,温度对离子交换无影响。这正是使用沸石去除氨氮的一个优点之一,可用来去除低温废水中的氨氮。

7、进水方式

比较了在间歇进水和连续进水条件下,出水中NH4+的变化情况,发现间断进水一段时间后,出水NH4+浓度显著降低,即沸石脱氨氮能力部分恢复。随着间歇时间延长,这种现象越显著。