人類對資源環境的開發利用強度正在不斷增加,含大量氮、磷的農業廢水和生活污水不斷地排入江河湖泊中,導致地表水體富營養化,引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖,水體(DO) 下降、水質惡化,造成魚類等生物大量死亡,在污染水體和污水里,NH4+在各形態氮中所占比例很高,我國在“十三五”期間將氨氮列為主要控制污染物之一。因此,研發高效、靈活的脫氮處理技術成為水污染控制領域的重點。含 NH4 +廢水的處理方法主要有生物法、吹脫法和離子交換吸附法。其中離子交換吸附法工藝在室溫下就可正常高效運行,且占地面積小、操作簡單,因此被較多采用。
沸石作為一種天然礦物在我國廣泛分布且已在環境保護中得到廣泛應用。天然沸石具有單斜晶體結構, 主要是指有分子篩性質的硅氧四面體和鋁氧四面體。目前在水處理領域應用最多的為斜發沸石,其化學通式為 ( K2,Na2,Ca) 3Al6Si30 O72·21H2O。沸石對于尺寸小于其孔徑的分子(如 NH4 + )有較高的選擇吸附特性,因此具有分子篩的作用,并且其交換能力遠大于活性炭和離子交換樹脂。
試驗用沸石產自河北省圍場縣,其主要化學成分及物理參數見下表,其中天然沸石的化學成分,其物理參數由全自動比表面積、微孔空隙和化學吸附儀( ASAP 2020m + C)?測定。
通過試驗可知,鹽改性后增加了沸石孔徑,根據體積效應,Na+置換了沸石孔穴中原有的Ca2+和 Mg2+等半徑較大的陽離子, 使沸石有效孔徑變大、空間位阻變小、內擴散速率加快、交換容量增大,提高了沸石去除NH4+的能力和反應速率。
沸石吸附氨氮是一快速吸附、緩慢平衡的過程。在吸附反應初期,溶液中氨氮質量濃度的降低速率和沸石對氨氮的吸附速率增加較快,隨著吸附時間的延長,吸附反應速率減緩,在吸附時間為20min時,氨氮去除率為67%,隨著吸附時間的延長,氨氮去除率變化緩慢,在吸附時間為60min時,氨氮去除率為79%,此時有較好的氨氮去除效果。
氨氮的去除率與沸石添加量呈線性相關。這是因為隨著沸石添加量的增加,溶液中氨氮有更多的機會與沸石接觸,導致氨氮的去除率增加。計算每克沸石吸附的氨氮量,發現隨著沸石添加量的增加每克沸石吸附氨氮量下降,說明沸石利用率降低。實驗結果表明: 3 g?沸石處理該氨氮廢水時有較好的處理效果,此時氨氮去除率為75. 5%。