改性沸石处理氨氮废水的研究进展

喻岚 徐冰峰 庹婧艺 王雪颖 郭露遥 赵顺宇

(昆明理工大学建筑工程学院 昆明 650500)

0 引言

氮磷污染物进入水体后会导致藻类大量生长，造成水体富营养化。NH3—N废水污染源多、排放量大、浓度变化大，排入水体会引起水体缺氧，造成水体黑臭，对人群及生物产生毒害作用。NH3—N废水处理技术主要有吹脱法、吸附法、折点加氯法、化学沉淀法、生物处理法等，目前使用较广的方法是吸附法。NZ(天然沸石)作为最常见的吸附剂之一，在我国储量较大，是一种含水硅(铝)酸盐晶体，呈四面体三维骨架结构，具有吸附性、离子交换性等特性，其孔道常被水、碳酸盐、有机物和其他无机物等杂质占据，吸附容量有限，循环利用率低[1-2]。通常采用热、酸、碱、盐、表面活性剂和复合改性等方式对NZ进行改性，以期增加沸石孔道空隙率，改变硅铝比、阳离子类型，提高其对废水的去除效果。本文对MZ(改性沸石)处理NH3—N废水效果及沸石再生进行研究，以期为相关研究的开展提供参考。

1 沸石改性方法及效果

1.1 物理单一改性

物理单一改性主要有高温焙烧[2-3]和微波辐照[2,4]等加热方式，通过加热可以去除NZ孔道内的杂质，增大NZ比表面积，改善离子交换性能，提高吸附能力。高温焙烧是通过热源由外向内纵向加热，加热不均匀、速度慢、效率低。微波辐照法具有不同于传统加热方式的热效应，通过微波由内向外加热，在不同深度同时产生热效应，加热快速均匀、时间缩短、质量改善[4]。物理单一改性对NH3—N吸附效果如表1所示，由表可见，微波较焙烧改性时间短，物理单一改性对NH3—N去除率也进一步提高，但有些吸附能力没有得到明显改善，这是因为焙烧温度过高或微波辐射功率过大会破坏沸石孔道结构，使沸石的除氨率降低。

1.2 化学单一改性

常用酸、碱、盐、表面活性剂等方式对NZ改性，改善NZ的吸附性能和离子交换性能。沸石吸附时发生的离子置换反应为

(1)

式中，Z为沸石；Y为待置换的阳离子；n为电荷数。

1.2.1 酸改性

表1 物理单一改性对NH3—N吸附效果

表2 酸改性对NH3—N吸附效果

1.2.2 碱改性

碱改性是在不改变沸石骨架结构的情况下，选择性脱除沸石骨架的Si，降低硅铝比，增加沸石吸附位点，改善沸石吸附性能，同时引入碱金属离子，增强沸石的离子交换性能[2,7-8]。碱改性对NH3—N吸附效果如表3所示。由表可见，碱改性可以增加沸石的交换量，改善沸石对NH3—N废水的去除效果。这是由于碱的加入在引入阳离子的同时，降低了硅铝比，更多的Si4+被Al3+置换，增强了沸石表面的负电性，提高了对NH4+的吸附能力和离子交换能力[2]。

表3 碱改性对NH3—N吸附效果

1.2.3 盐改性

表4 钠盐改性对NH3—N吸附效果

续表4

1.2.4 表面活性剂改性

表5 表面活性剂改性对NH3—N吸附效果

1.3 物化复合改性

表6 物化复合改性对NH3—N吸附效果

2 沸石再生方法及效果

2.1 物理再生

2.2 化学再生

(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质，恢复沸石的吸附容量[21]。李云辉等[22]用生物法再生沸石，当MLVSS(挥发性悬浮物固体质量浓度)从594 mg/L增加至2 750 mg/L时，再生时间从19.5 h缩短至2.3 h。

2.4 电化学再生

3 结语

NZ具有吸附性和离子交换性，对NH3—N具有较好的去除效果，为进一步提高NZ吸附容量，可对其改性。

(1)物理单一改性能使NH3—N去除率提高10%以上，微波较焙烧辐射时间短(30 min内)，沸石受热均匀，可进一步提高改性效率。化学单一改性中，无机酸改性对NH3—N吸附效果较差，而有机酸CH3COOH(77.38%)、C6H8O7(81.88%)对NZ改性后，NH3—N去除率分别提高了16.7%、21.2%；碱改性可提高NZ的交换容量，但吸附能力提升不大；盐改性中钠盐改性去除率较NZ提高了30%以上，尤其是Na3C6H5O7改性后对NH3—N去除率可达98.14%；SDS阴离子表面活性剂改性后对NH3—N去除率达97%，较NZ提高了36.32%。物化复合改性中，微波+钠盐改性可使NH3—N去除率达92.11%～99.7%。

(2)微波+化学试剂的再生方法可高效快速地对吸附饱和沸石进行再生，经多次再生的沸石的吸附容量和吸附速率仍保持较高水平，尤其是微波+NaCl和NaOH混合液再生沸石，再生率接近100%，可实现沸石的循环利用。