污水深度脱氮除磷是城市污水资源化回用和水环境污染控制的重要措施。传统生物处理工艺以去除有机物为主,生物脱氮存在额外投加碳源、工艺技术复杂等问题。吸附法是一种适用于处理低浓度污染物的方法,具有处理效率高、出水水质稳定等优势,可用于污水厂尾水深度处理。天然沸石具有丰富的孔道和阳离子交换吸附性能,对NH4+有一定的选择吸附性。但由于其矿物杂质含量高、结构孔道不均匀,导致吸附容量偏小,在工程应用中受到限制。目前针对天然沸石的改性调控研究亦未从根本上解决材料组成与结构方面的缺陷,吸附性能仍不理想。

近年来,以沸石为原料人工合成分子筛成为解决这一问题的有效方法。分子筛与天然沸石的基本结构单元相同,均为硅(铝)氧四面体,其分子骨架中的部分硅氧四面体的硅原子经铝原子取代后形成带负电荷的铝氧四面体,并与阳离子结合达到电中性。分子筛的结构规整、孔道均一,杂质含量低,是铵离子优良的吸附剂。

针对不同沸石对于吸附氮的性能分析,试验中4种沸石原材料的元素组成如下:

结合试验数据可知,不同沸石原料碱溶预处理后可溶性硅溶出量,其中C沸石的硅溶出量最高,A沸石次之,D和B沸石较低。溶出的可溶性硅是下一步晶化合成分子筛的主要原料,对合成产物中分子筛的纯度、质量有决定性影响。

并且通过试验可知,沸石原料中矿物组分的碱溶性与其结构稳定性有关。其中,石英(SiO2)属三方晶系,一般为三方双锥或菱面体结构,相较于斜发沸石和丝光沸石的多元环结构更加稳定,故一般的碱溶处理不能将其活化溶解。

4种沸石原料与合成产物的元素组成变化情况.由表中数据可知,与沸石原料相比,4种合成产物的Si含量和杂质含量均相对减少,而Al含量和Na含量均相对增加,相应的硅铝比降低5~7个比值,上述变化有利于改善合成产物的阳离子交换吸附性能.但是4种合成产物的硅铝比差异并不明显(在2.86~3.81范围内变化),而氨氮吸附量却存在显著不同,与刘思远等提出的分子筛硅铝比与氨氮吸附量有反比关系的结论有一定的出入,这是由于合成产物为分子筛及其它矿物成分共存的混合物,合成产物中分子筛的纯度不同。