沸石種類繁多,結構復雜,具有吸附分離、離子交換、催化、耐酸堿、耐輻射和比重小等特點,但天然沸石孔穴易被其他雜質阻塞,相互連通的程度較差,造成其吸附能力較差;通過對沸石進行高溫活化處理,可以提高其水處理性能,因此活化后的沸石可以被用作吸附劑來去除水中的氨氮,重金屬離子以及某些陰離子污染物。

活化后的Zeolite其孔道連通性增強,孔隙率提高,有助于微生物的附著生長,可以將顆粒狀沸石用作曝氣生物濾池的濾料,由于顆粒狀沸石的形狀不規則,直接用作曝氣生物濾池的濾料,堆積過于密實,造成濾池水頭損失過大,曝氣不均勻,反沖洗周期短等缺點。對此,需要以天然斜發沸石為主要原料,添加粘合劑,成孔劑等制備出一種免燒型球型復合沸石生物濾料,該濾料孔隙率高,形狀規則,并能夠將沸石的吸附和離子交換性能與曝氣生物濾池的生物代謝功能有機結合起來,提高曝氣生物濾池處理污水的效果。

天然斜發沸石經105-110 ℃下活化2 h后冷卻,入球磨機球磨制得沸石粉,過80目標準篩,按一定比例添加成孔劑、粘合劑,混合均勻后,噴霧加水,利用手動成球機滾動成球,形成粒徑3-5 m的規則球狀濾料,取出,入恒溫養護箱,保持溫度 25 ℃,濕度 99%,養護 3-7 d取出、漂洗,烘干后得成品。

對沸石進行適當的加熱,可以使沸石結構內部的結合水及有機雜質逸出,增加沸石的孔穴連通性,提高其吸附與離子交換性能,過高的溫度及過長的活化時間會造成沸石內部孔洞坍塌而降低其吸附與離子交換性能;成孔劑添加量決定著復合沸石濾料的孔隙率的高低,但是過量的添加成孔劑勢必造成復合沸石濾料機械強度的降低;同時沸石粉的添加量決定著復合沸石濾料對氨氮的吸附容量。綜上所述,考慮活化溫度、活化時間,原料的配比3個因素作為實驗因子,以筒壓強度、顯氣孔率以及對氨氮的吸附容量三者作為實驗指標,進行正交實驗。35%的粘合劑添加量為復合沸石濾料成型所必需的粘合劑用量,僅改變沸石粉與成孔劑的配比,使兩者的總量占總質量的?65%。各因素與各水平的選擇具體如表?1所示。

掛膜啟動初期,陶粒曝氣生物濾池在運行對氨氮的去除率很低,而Zeolite濾料對氨氮的平均去除率為52.36%。并且在掛膜初期,陶粒不具備對氨氮的吸附與離子交換去除的能力,其氨氮去除率極低,而沸石濾料中沸石成分此時表現出對氨氮的吸附去除效果,在掛膜啟動初期就具有較高的氨氮去除率。并且通過微觀顯微鏡可知,沸石濾料的空穴與孔道內部均被微生物填滿,因此沸石濾料在微生物掛膜方面要顯著的優于陶粒。

總之,根據實驗可知,沸石濾料與陶粒相比,表面粗糙,具有更大的比表面積及更高孔隙率,沸石濾料BAF在掛膜啟動與穩定運行階段,對氨氮的去除效果均優于陶粒BAF,因此更適合作為曝氣生物濾池的載體。