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沸石在氨氮废水处理中的研究

发布时间:2019-11-07     浏览次数:184

从脱氮效果上分析,沸石离子交换法是一种深度废水处理技术,可较好去除废水中的氨氮。从经济的观点来看,我国沸石资源丰富,分布广,产量大,总贮存量占世界第一位,且沸石价格低廉,仅为活性炭市价的1/5左右。从未来发展趋势来看,生化结合脱氨氮是一项新型生物脱氨氮技术,该技术把沸石对离子铵的选择性吸附能力和生物硝化反硝化作用结合起来,形成了一个自我吸收、自我消化的循环过程,可以提高氨氮脱除率并减少化学再生剂的投加量,降低成本。生物沸石用于水处理,不仅能有效去除水中的氨氮等污染物质,而且抗冲击负荷的能力强,其去除效果与其他生物载体相比具有明显优势。可见生物沸石在氨氮废水处理领域中将有十分广阔的应用前景。今后应在沸石对离子铵的选择性吸附和生物硝化、反硝化两方面做更深入的研究,使新型生化结合沸石技术早日实现工业化。

沸石在氨氮废水处理中的研究现状

1、天然沸石在氨氮废水处理中的应用

天然沸石对NH4具有很好的选择吸附性能,即使在有干扰阳离子Ca2+、Mg2+存在时,仍显示出良好的脱氨效果。研究了不同产地天然沸石脱除废水中氨氮的效果。研究了沸石处理氨氮废水的吸附动力学和吸附效果,得出沸石满足Langmuir吸附等温模式,最大吸附量为8.29mg/g。研究确定了脱氨氮的工艺流程和适宜参数,使处理后氨氮质量含量低于5mg/L。研究表明,丝光沸石与斜发沸石相比,在溶液质量浓度高于80mg/L时具有更高的吸收效果。另外还有学者对天然沸石吸附氨氮的影响因素如沸石种类、粒径、温度、吸附时间及再生进行了研究。许多研究表明,天然沸石可以有效吸附废水中的氨氮,但天然沸石的吸附容量较小,再生频繁,影响其大规模应用。因此,需要对天然沸石进行扩展研究,如沸石改性或与其他技术联合使用。

2、改性沸石脱氨氮的研究

由于天然沸石受吸附容量所限,所以近年来国内研究人员研究天然沸石改性,取得了较好的效果。沸石改性主要采用酸碱改性、盐改性、微波改性和高温改性。有研究表明,酸碱法、高温法、微波法等改性方法可进一步提高天然沸石的吸附容量、吸附速率及孔道特性,而其改性效果取决于原水水质、沸石种类及改性条件等因素。研究了HC1、HSO和HNO改性,结果表明氨氮的吸附量未有明显增加,反而有降低的趋势。用不同pH下的HNO3、H2SO4、H3PO4溶液对天然沸石进行改性。结果表明,无机酸改性沸石对水中氨氮的去除率不仅受到改性剂pH的影响,而且受到改性所用无机酸种类的影响。同样pH下HsO改性沸石对氨氮的去除率和去除速率均有所降低;HNO的改性对沸石吸附氨氮性能的影响则不是很明显。HPO改性后的沸石对水中氨氮的吸附性能,无论在吸附容量还是吸附速率上均较未改性的沸石有较大幅度的提高,且受改性剂pH的影响不大。在碱改性方面,采用氢氧化钠对天然沸石进行了改性,结果表明,在氨氮初始质量浓度为2.51mg/L的微污染水中,投加质量浓度为1s/L的改性沸石,氨氮去除率达到70.8%,更适用于现有的自来水工艺。利用NaOH改性得出最佳摩尔浓度为1moL/L时,氨氮吸附量可提高到0.65mg/g,为天然沸石的2.82倍。在盐改性上,利用无机盐改性时,对氨氮吸附效果最好的是NaC1改性沸石,其次为KC1改性沸石与CaC1,改性沸石。随着NaC1溶液质量浓度和改性时间的增加,改性沸石对氨氮的吸附量显著增加,可达天然沸石的3~4倍;在NaC1质量浓度为150g/L与改性时间为18h条件下,改性沸石对氨氮吸附量可达0.88mg/g,为天然沸石的3.84倍。采用盐酸改性、高温改性和NaC1改性方法,对比未改性的沸石进行水源水中氨氮去除效果实验,结果表明,0.8moL/L的NaC1对沸石改性效果最佳,对NH4+的吸附容量可达0.84mg/g。在微波改性方面也有学者做了不少贡献。采用微波强化NaC1活化对沸石进行改性,考察了微波加热时间、功率及活化方法的影响。结果表明,微波加热可疏通沸石内部孔道,NaC1活化能改善其离子交换性能;与经NaC1及NaC1+NaOH活化后的改性沸石相比,经89w微波加热4min后再用饱和NaC1活化后的改性沸石,对氨氮的去除率提高了10%以上。林立君采用高温300℃焙烧后,再用预处理后的海水浸泡24h改性沸石去除氨氮效果最佳。沸石对氨氮吸附容量为3.47mg/g,氨氮去除率为91.55%。改性沸石由于其特殊的物理结构和高效吸附性能,能有效吸附处理废水中难处理的有机污染物以及重金属离子,在环保领域中有广阔的应用前景。这种单一的沸石不能从根本上将氨氮除去,只能起到浓缩的作用,新型沸石技术尚待研究。

3、生化结合沸石去除废水中氨氮的研究

Tsuno在1994年首次提出了“生物沸石”的概念。生物沸石是指以颗粒沸石为载体,借助沸石内部富有空穴孔道结构特点,通过吸附富集极性分子和细菌,创造微生物生长条件,使沸石载体表面负载较稳定的生物膜,以同时发挥生物膜和沸石对水中的污染物质的去除作用。在污水生物处理系统中,沸石既可以作微生物的载体,又通过离子交换作用吸附氨氮,沸石对氨氮的吸附和硝化可以同时在沸石表面发生。这种技术是近年来引起人们重视的一种生物、物化相结合实现废水脱氨氮新技术。研究表明,采用生物沸石脱除氨氮这种新型生物脱氨氮技术具有很好的缓冲氨氮进水冲击负荷能力,该技术具有很高研究价值。影响生物沸石反应器处理微污染水效果的主要因素有水力负荷(滤速)、冲击负荷、气水比、沸石粒径、填料高度和水温等。研究表明,生物沸石反应器对水中氨氮的去除效果受水力负荷和水温的影响较大,水力负荷的提高和水温的下降,氨氮的去除率明显下降;而李运林得出水力负荷和气水比对氨氮的去除效果影响较大。考察了应用硝化和离子交换结合的方法,即在填料床使用天然沸石进行离子交换,在斜发沸石和丝光沸石上进行硝化细菌菌落培养,氨氮去除反应加剧,能在不敏感的情况下快速反应,并且比单纯使用离子交换方法的费用要少。考察了沸石一固定化技术一序批式生物反应器(SBR)组合工艺的研究与应用,在沸石联合大孔载体SBBR中,经2个周期,NH4-N、COD、NO、-N以及TN均可以达到国家饮用水标准(GB5749—2006)。将天然沸石与PVC多面空心球悬浮填料有机结合形成的生物沸石填料对城市污水处理厂二级出水进行深度处理实验研究,结果表明,在生物膜培养过程中,以NH4+一N的去除率保持稳定作为生物膜培养成熟的标志。经生物沸石填料深度处理的出水水质稳定,NH4+一N质量浓度在2mg/L以下,去除率达90%以上,能够满足城市杂用水回用水质标准的要求。此外,还有一些学者在生物沸石脱氨氮方面也做出了不少成果。生化沸石用于水处理,不仅能有效去除水中氨氮污染物,而且抗冲击负荷的能力强,其去除效果与其他生物载体相比具有明显优势。这种方法与单纯的沸石离子交换脱氨氮相比,可以减少化学再生剂的投加量,降低处理成本。因此,生化结合沸石技术将是今后研究的一大热点。

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