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沸石吸附氨氮技术探究进展摘要：介绍了沸石脱除氨氮的原理和再生机制，综述了 国内外应用沸石在改良常规污水处理工艺、作为氨氮污水处 理系统的介质与最终出水的氨氮控制环节等方面的研究进 展炼油催化剂生产过程中产生的污水氨氮浓度高，先后试 验了多种处理方法，但水中的氨氮很难达标研究经济合理 的工艺去除催化剂生产污水中的氨氮是紧迫而实际的沸石 吸附可作为组合工艺予以试验关键词：沸石 污水处理氨氯氨氮对人体和水体具有一定的危害，水质指标中氨氮是 引起水体富营养化和环境污染的一种重要污染物去除污水 中氨氮的方法有生物硝化法、气体吹脱法和离子交换法” 等.生物法无污染，耗能低，但其转换作用缓慢，去除难于 彻底；气体吹脱法工艺简单，投资少，但易造成二次污染； 而离子交换法却没有以上不足，且反应过程稳定、易控，吸 附剂可再生利用，处理成本较低，特别是使用沸石作为吸附 剂时.沸石具有稳定的硅氧四面体结构、大小均一的宽阔空 间和连通孔道，能够吸附大量的氨氮，因此被认为是最有应 用前景的去除氨氮吸附剂・鉴于沸石有着良好的吸附与离 子交换性能，而我国是世界上少数几个富产沸石的国家之一, 美、日等发达国家已将沸石应用在污水处理、特效干燥剂、 土壤饲料改良剂等方面，而我们大部分停留在出卖原矿为主 甚至干脆闲置不用。

因此加强对沸石的开发和利用研究非常 必要沸石脱氨氮技术是近年来引起人们重视的一种生物物 化相结合实现污水脱氨氮的新技术，这一技术就是把沸石对 鞍根离子的选择性吸附能力和生物硝化反硝化结合起来，加 强生物脱氨氮系统的性能和效率一、沸石对污水中氨氮的去除机理沸石是具有四面体骨架结构的多孔性含水硅铝酸盐晶 体，有良好的吸附及离子交换性能；同时沸石比表面积大，对 微生物无毒害，易于附着微生物作为生物载体生物沸石脱 氨氮工艺中，一方面沸石用于生物载体富集硝化菌；另一方 面沸石通过离子交换作用吸附水中的铁，还有很重要的一方 面就是沸石表面生物膜中的硝化菌将吸附在沸石上的氨氮 转化为硝酸盐，形成了一个自我吸收、自我消化的循环过程 通过生物方式不但能使沸石不断得到再生，还能提高脱氨氮 的硝化性能,利用微生物作用有效地去除氨氮此时，沸石得 以全部或者部分自我再生，可以继续循环使用生物沸石脱 氨氮过程实质是化学吸附、离子交换和生物硝化三个过程沸石孔径一般在0.4 nm左右，大于这个孔径的分子和 离子将不能进入，而NH4+的离子半径为0. 286 nm,很容易 进入沸石晶穴内部进行离子交换，沸石对氨氮具有很强的选 择性吸附能力，其交换能力远大于活性炭和离子交换树脂。

利用沸石的离子交换吸附能力去除污水中的氨氮包括：吸附 阶段和沸石再生阶段，沸石再生可分为化学再生法和生物再 生法化学再生法：用碱或盐溶液（NaOH、NaCl）处理吸附饱 和的沸石，以溶液中的Na+或Ca2+交换沸石上的NH4+,使沸 石恢复对氨的交换容量生物再生法：应用沸石作为微生物载体，使硝化细菌附 于其表面生长，这样由于硝化细菌的作用，水相中氨氮浓度 逐渐降低，促使交换平衡发生逆转，已被交换吸附在沸石上 的NH4+被水中其他阳离子交换下来，被硝化细菌利用这样 沸石的离子交换容量得到了恢复沸石再生最常用的方法是化学法，但用该法再生沸石成 本太高，且再生系统复杂因此，目前沸石的生物再生成为 研究热点二、利用天然沸石去除水中的氨氮游少鸿［1］等通过实验研究天然沸石对氨氮的吸附作用 及其影响因素结果表明，沸石对氨氮的吸附过程遵循准二 级动力学模型；在吸附反应初始阶段（0〜180min）,沸石对氨 氮的吸附速率较大，吸附质量比上升很快；随着吸附反应的 不断进行，吸附速率降低，吸附质量比上升幅度较小，在6h后 吸附基本达到平衡，吸附质量比保持在230mg/kg左右30C、 4(TC和5(TC条件下，天然沸石对氨氮的等温吸附可用 Langmuir等温模型拟合，相关系数均达到极显著相关，计算 得到的最大吸附质量比由263. 16mg/kg增高到370. 37mg/kgo 随着天然沸石粒径与投加量的减小，沸石对氨氮的吸附质量 比显著增加；在pH值为4〜8的范围内，沸石的氨氮去除效果 变化不大，当pH为中性时，去除效果最好。

陈彬［2］等研究了天然沸石对氨氮的吸附性能，实验结 果表明：天然沸石在去离子水、自来水和生活污水中，对氨氮 的吸附符合Langmuir和Freundlish吸附等温方程，天然沸 石吸附氨氮的焙变为-16.21 kJ/mol,温度对于天然沸石吸附 氨氮的影响不大,天然沸石吸附氨氮同时受液膜扩散和颗粒 内扩散的影响，在高初始氨氮浓度的情况下,颗粒内扩散是 吸附的主要控制因素，在共存阳离子浓度为50 mg/L的条件 下，共存阳离子对吸附过程的影响不大，相应的影响顺序 为:K+>Ca2+>Na+>Mg2+张曦［3］等研究了氨氮在天然沸石上的吸附过程，结果 表明，天然沸石对氨氮的最大吸附量可达11.5m g/g；在共 存阳离子K+作用下，沸石吸附量降低50%以上；王利平［4］等 用天然沸石吸附法处理稀土氨氮污水，结果表明，实验条件 下天然沸石氨氮去除率为50%o意大利的PassagliaEllo和 GualtieriAlessandrodga［5］研究用天然沸石岩去除污水中 的氨氮效果明显，除此而外，将处理完污水的富含氨氮的沸 石岩用于改良农业土壤，种植西红柿（用量3kg/m2）可增产 16%；用于温室中改良泥炭种植天竺葵，在不施肥的情况下 效果也很明显。

三、改性沸石去除水中的氨氮由于天然沸石所含杂质成分比较复杂，孔道常被Na+、 Mg2+、H20等阻塞，并且相互连通的程度也较差，因此，天 然沸石的吸附能力往往达不到要求为了充分发挥其吸附性 及离子交换性，需要将天然沸石改性或改型活化1.改性方法及去除氨氮效果方面的进展沸石改性的途径主要有：①高温焙烧焙烧可清除沸石 孔穴和孔道的水和有机物等，使孔道更畅通，有助于离子扩 散；②酸、碱或盐处理酸处理可溶解沸石孔穴和孔道的 Si02、Fe203和有机物质等杂质，使孔穴和孔道得到疏通； 以半径小的H+置换半径大的阳离子，如Ca2+、Na+等，使孔 道的有效空间拓宽，增加吸附活性中心等酸处理常用的药 剂有盐酸和硫酸；碱处理通常采用氢氧化钠；盐处理通常采 用氯化钠、氯化钾、氯化铁等［6-7］ o江乐勇［8］等采用吸附法去除水中的氨氮，对天然吸附 剂沸石进行盐热改性处理结果表明，经过盐热改性后的沸 石脱氮能力提高了 37. 12%,其最佳的改性条件：质量浓度百 分数2. 0%的NaCl浸渍2 h,焙烧温度500C,焙烧时间0.5ho李晔［9］分别采用加热、酸、碱和盐对天然沸石进行改 性，结果发现经硫酸和盐酸改性的沸石去除氨氮效果不明 显；用浓度不超过2mol/L的氢氧化钠改性沸石后氨氮去除 率由70%提高到80%以上；而用NaCl溶液在恒温70^75C下 水浴加热3h改性沸石，能明显提高氨氮去除率，改性效果 优于加热和碱处理。

袁俊生［10］等利用经20%NaCl溶液活化 的20~40目斜发沸石处理氨氮污水，在污水浓度pH值=5的 条件下，沸石对鞍的平均全交换容量为12. 96mg/g,且交换 容量随pH值的增大而降低；循环试验显示，污水氨氮去除 率达91.3%,达到国家排放标准冯灵芝［11］等用酸浸泡、 碱浸泡、盐浸泡，以及酸预浸泡后盐浸泡以改性沸石，表明: 6%^ 10%浓度的NaCl溶液改性效果明显，改性沸石的氨氮去 除率达95. 3%；酸浸改性沸石对氨氮的去除效果明显优于碱 浸改性沸石，但酸液预浸泡不能改善沸石对氨氮的吸附性 能，且在2h的浸泡时间下，随酸溶液浓度升高，改性沸石 的氨氮吸附效果降低董秉直［12］研究腐殖酸对改性沸石去 除氨氮效果的影响，结果表明：浓度为lmol/L的盐酸浸泡 200目的天然沸石12h,经过氯化钠溶液内浸泡24h,最后在 1051下烘干制成的改性沸石其氨氮去除效果很好，且大分 子腐殖酸含量越高，对氨氮的去除影响也越大吴奇［13］系 统研究了不同改性方法对沸石去除氨氮效果的影响结果表 明：采用质量分数为7%的NaCl溶液改性的沸石最适合于处 理氨氮污水，去除效率较未改性沸石提高约20%；碱热熔一 碱水热法改性沸石和热活化沸石均不适于去除氨氮污水。

李晔［14］等研究了多孔改性沸石球形颗粒的高温烧成 制备方法:按照m（改性沸石）：m（优质煤粉）：m（可溶性淀粉） 配比的原料加入一定量的水，搅拌后充分捏练，手工成球， 90~10（TC烘干2h,再放入高温电阻炉中550C烧成，结果表 明：多孔改性沸石球对污水中氨氮的去除率达到80%以上， 并且具有较高的强度，能够满足一般水质处理的应用要求2.吸附动力学及机理研究常卫民等［15］对沸石的吸附性能进行了实验研究，探讨 了沸石投加量、接触时间、沉降时间等因素对其去除氨氮效 果的影响结果表明，在常温下，pH值约为7时，去除水中 氨氮的最佳处理条件为：搅拌20 min,静置30~45min含 氨氮水样浓度为10mg/L时，按氨氮：沸石量比为1： 1000 投加沸石时，氨氮去除率达70%以上丁仕琼［16］等研究了在不同改性条件下沸石对氨氮的 去除效果，结果表明：0. 3 mol/L的NaCl溶液在10CTC下对 沸石的改性效果最佳，氨氮去除率可达87. 9%o江❷［17］研究了盐、酸和稀土改性天然沸石对NH4+吸附 动力学结果表明，改性对NH4+的吸附符合Freundlich方 程M. Sarioglu［18］研究了天然沸石和经过酸处理改性的沸 石对氨氮的吸附动力学，实验考察了不同的接触时间、不同 NH4+浓度、不同流速和不同pH值条件下的吸附量，并得到 了吸附等温曲线。

杨胜科［19］等研究了改性沸石去除地下水 中氨氮的机理，研究结果表明：改性沸石使受氨氮污染的水 质被大幅度地改善，影响沸石去除氨氮的主要因素包括沸石 与含氨氮溶液作用时间、沸石用量、溶液中氨氮浓度、沸石 粒度和溶液温度等，改性沸石去除氨氮的机理主要是由离子 交换作用和吸附作用共同完成的，而以离子交换为主赵丹 ［20］等的研究结果表明：采用饱和氯化钠改性制备得到的粒 径为0. 5〜0. 8mm的改性沸石对水中NH4+的吸附等温线能较好 地吻合朗格缪尔和Freundlich方程，改性沸石对NH4+的选 择性随着pH值的升高而降低四、动态实验及复合除氨氮研究进展崔志广［21］等将沸石作为生物滤池的填料，与混凝沉 淀、超滤组合后用于处理微污染地表水，考察了其对污染物 的去除效果结果表明：该组合工艺对氨氮有较好的去除效 果，出水氨氮在0. 5 mg/L以下，去除率可达90%；对有机物 也有较好的去除效果，出水CODMn在2 mg/L左右，去除率 约为60%,出水水质达到了《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求该工艺对氨氮的去除主要由沸石生物滤 池完成，而沸石生物滤池、凝沉淀及超滤均能去除CODMn,贡献率分别为49.6%、30.9%、19. 5%o张敏［22］等采用有机玻璃交换柱，以固定床连续进水方 式研究了沸石去除微污染水源中氨氮。

实验使用的沸石粒径 为0.8〜1.5mm,密度为1800kg/m3,交换容量为15. 4mg/g, 水流速度为10m/ho结果表明，氨氮去除率随进水浓度升高 而上升，当进水浓度小于lmg/L时，沸石床层积累到一定 NH3-N浓度时还可能会出现氨氮“反吐”现象刘玉亮［23］通过静态、动态和再生试验方法，对天然斜 发沸石与粉末活性炭、颗粒活性炭和硅藻土四种离子交换剂 对氨氮的交换效果进行了比较结果表明：用天然斜发沸石 处理低浓度的含氨污水比其他几种离子交换剂具有明显优 势李旭东［24］等对沸石芦苇床去除农田回归水和农村生 活污水组成的混合污水中的氨氮进行了中试研究，结果表。