氮、磷含量超標是富營養(yǎng)化水質(zhì)的重要特征,對富營養(yǎng)化水質(zhì)中氮的脫除已有許多行之有效的方法。但磷脫除的工程應用技術一直是個難點,目前開展的除磷研究包括生物、吸附和離子交換法等,應用上仍以化學沉淀法為主。沸石混合礦物以沸石為主并搭配比表面積大的膨潤土和蒙脫石組分,任何沸石均由硅氧或鋁氧四面體組成,這是因為硅氧四面體中的硅被鋁原子置換,構成了鋁氧四面體。
實驗用沸石的SiO2:Al2O3為5.63:1.00,說明沸石中硅、鋁氧四面體的比例約為3:1。由于鋁為三價,因此,鋁氧四面體中有1個氧原子的電價沒有得到中和,使整個鋁氧四面體帶負電,為了保持電中性,一般由堿金屬和堿土金屬離子來抵消,如Na、Ca及Sr、Ba、K、Mg等金屬離子,這些金屬離子多以吸附形式存在于沸石的孔穴表面。實驗結(jié)果表明,實驗初期沸石的吸附和離子交換作用很快,對氨氮有較高的去除率。但當這種能力逐步飽和時,去除率逐漸降低。隨后沸石對氨氮的去除效率又逐漸回升,說明沸石表面已逐漸形成硝化生物膜,其中硝化細菌對氨氮的作用,使沸石對氨氮的去除率保持在一定水平。
在沸石表面形成生物膜后,沸石具備了生物膜功能,這種功能不但可填補僅靠吸附和離子交換去除氨氮的不足,而且使沸石具有一定的再生作用。沸石的多孔性質(zhì),在富營養(yǎng)化水的處理過程中,顯示了它的兩面性:一方面,沸石作為生物載體富集硝化菌;另一方面,沸石通過離子交換作用吸附水中的氨,沸石表面生物膜中的硝化菌將吸附其上的氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽,最終放出氮氣,形成一個自我吸收、自我消化的循環(huán)過程,使沸石在生物作用下,始終處于離子交換未飽和狀態(tài)。這是覆蓋生物膜的沸石,能長時間保持高的NH3-N去除率的原因。
總之,由于沸石的多孔性質(zhì),在富營養(yǎng)化水的處理過程中具有兩面性,既可起吸附和交換作用,又可起生物載體作用。在生物膜形成后,沸石表面吸附的氨,將被生物膜中的硝化菌轉(zhuǎn)化成氮氣放出,形成一個完整的吸收-消化體系,使沸石始終處于吸附未飽和狀態(tài),從而使沸石具有長效去除COD和氨氮的能力,出水的氨氮基本能達到地表水三類標準。