氨氮污水導(dǎo)致海洋和陸地水環(huán)境富營養(yǎng)化災(zāi)害，愈來愈引起政府和民眾的關(guān)注。本技術(shù)以沸石為吸附劑，氨氮污水經(jīng)沸石選擇性吸附處理，脫除氨氮獲得達(dá)標(biāo)水，同時(shí)使氨以產(chǎn)品的形式得到回收。本技術(shù)是河北省科技攻關(guān)項(xiàng)目成果，已完成了小試及200噸/日中試研究，成果通過了河北省科委主持的鑒定，專家認(rèn)定為國際先進(jìn)水平。本技術(shù)與生物法等氨氮污水處理技術(shù)相比，具有依投資少、處理成本低等優(yōu)勢，適用于工業(yè)污水除氨和城市二級污水深度處理。所以，具有廣闊推廣應(yīng)用前景。

用于城市二級污水、地表水等水源的深度處理：可使出水NH3-N1mg/L，水質(zhì)達(dá)GB18918-2002一級(A)指標(biāo)，以及城市景觀環(huán)境用水、冷卻用水和城市雜用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可作為商品水出售。用于工業(yè)污水、垃圾濾液等高濃度氨氮(1000mg/L)的污水處理：可使出水NH3-N15mg/L，水質(zhì)達(dá)GB8978-1996一級指標(biāo)，作為工業(yè)循環(huán)用水，或直接排放。

1、沸石去除氨氮的作用機(jī)理

沸石孔徑一般在0.4nm左右，大于這個(gè)孔徑的分子和離子將不能進(jìn)入，而NH+的離子半徑為0.286nm，很容易進(jìn)入沸石晶穴內(nèi)部進(jìn)行離子交換，沸石對氨氮具有很強(qiáng)的選擇性吸附能力，其交換能力遠(yuǎn)大于活性炭和離子交換樹脂。利用沸石的離子交換吸附能力去除廢水中的氨氮包括吸附階段和沸石再生階段，沸石吸附氨氮階段反應(yīng)式為:Zn－·Mn++nNH+←→Zn－·nNH++Mn+式中，Zn－為沸石；Mn+為沸石重金屬陽離子；n為荷電數(shù)。

沸石再生有3種方法：

(1)化學(xué)再生。即用含有適當(dāng)再生劑(H2SO4、HCl、HNO3、NaOH、NaCl)的液相處理所用過的斜發(fā)沸石，化學(xué)再生的過程實(shí)際上是離子交換過程的逆過程，可表示如下:NH+Z－+X－→X+Z－+NH+其中，Z表示鋁硅酸鹽的陰離子格架；X表示Na或H。

(2)熱再生。即將用過的沸石加熱到不同的溫度(300～600℃)，沸石經(jīng)熱再生后，銨根去除能力有顯著的提高。

(3)生物再生。應(yīng)用沸石作為微生物載體，使硝化細(xì)菌附于其表面生長。這樣由于硝化細(xì)菌的作用，水相中氨氮濃度逐漸降低，促使交換平衡發(fā)生逆轉(zhuǎn)，已被交換吸附在沸石上的NH+被水中其他陽離子交換下來，被硝化細(xì)菌利用。這樣沸石的離子交換容量得到了恢復(fù)。（此處可參考經(jīng)驗(yàn)：沸石人工濕地系統(tǒng)中沸石再生方法介紹）

2、沸石在氨氮廢水處理中的研究現(xiàn)狀

(1)生化結(jié)合沸石去除廢水中氨氮的研究

Tsuno在1994年首次提出了“生物沸石”的概念。生物沸石是指以顆粒沸石為載體，借助沸石內(nèi)部富有空穴孔道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過吸附富集極性分子和細(xì)菌，創(chuàng)造微生物生長條件，使沸石載體表面負(fù)載較穩(wěn)定的生物膜，以同時(shí)發(fā)揮生物膜和沸石對水中的污染物質(zhì)的去除作用。在污水生物處理系統(tǒng)中，沸石既可以作微生物的載體，又通過離子交換作用吸附氨氮，沸石對氨氮的吸附和硝化可以同時(shí)在沸石表面發(fā)生。這種技術(shù)是近年來引起人們重視的一種生物、物化相結(jié)合實(shí)現(xiàn)廢水脫氨氮新技術(shù)。研究表明，采用生物沸石脫除氨氮這種新型生物脫氨氮技術(shù)具有很好的緩沖氨氮進(jìn)水沖擊負(fù)荷能力，該技術(shù)具有很高研究價(jià)值。影響生物沸石反應(yīng)器處理微污染水效果的主要因素有水力負(fù)荷(濾速)、沖擊負(fù)荷、氣水比、沸石粒徑、填料高度和水溫等。研究表明，生物沸石反應(yīng)器對水中氨氮的去除效果受水力負(fù)荷和水溫的影響較大，水力負(fù)荷的提高和水溫的下降，氨氮的去除率明顯下降；得出水力負(fù)荷和氣水比對氨氮的去除效果影響較大。考察了應(yīng)用硝化和離子交換結(jié)合的方法，即在填料床使用天然沸石進(jìn)行離子交換，在斜發(fā)沸石和絲光沸石上進(jìn)行硝化細(xì)菌菌落培養(yǎng)，氨氮去除反應(yīng)加劇，能在不敏感的情況下快速反應(yīng)，并且比單純使用離子交換方法的費(fèi)用要少。考察了沸石－固定化技術(shù)－序批式生物反應(yīng)器(SBR)組合工藝的研究與應(yīng)用，在沸石聯(lián)合大孔載體SBBR中，經(jīng)2個(gè)周期，NH+－N、COD、NO3－N以及TN均可以達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)(GB5749—2006)。

將天然沸石與PVC多面空心球懸浮填料有機(jī)結(jié)合形成的生物沸石填料對城市污水處理廠二級出水進(jìn)行深度處理實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在生物膜培養(yǎng)過程中，以NH+－N的去除率保持穩(wěn)定作為生物膜培養(yǎng)成熟的標(biāo)志。經(jīng)生物沸石填料深度處理的出水水質(zhì)穩(wěn)定，NH+－N質(zhì)量濃度在2mg/L以下，去除率達(dá)90%以上，能夠滿足城市雜用水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。此外，還有一些學(xué)者在生物沸石脫氨氮方面也做出了不少成果。生化沸石用于水處理，不僅能有效去除水中氨氮污染物，而且抗沖擊負(fù)荷的能力強(qiáng)，其去除效果與其他生物載體相比具有明顯優(yōu)勢。這種方法與單純的沸石離子交換脫氨氮相比，可以減少化學(xué)再生劑的投加量，降低處理成本。因此，生化結(jié)合沸石技術(shù)將是今后研究的一大熱點(diǎn)。

(2)天然沸石在氨氮廢水處理中的應(yīng)用

天然沸石對NH+具有很好的選擇吸附性能，即使在有干擾陽離子Ca2+、Mg2+存在時(shí)，仍顯示出良好的脫氨效果。研究了不同產(chǎn)地天然沸石脫除廢水中氨氮的效果。研究了沸石處理氨氮廢水的吸附動力學(xué)和吸附效果，得出沸石滿足Langmuir吸附等溫模式，最大吸附量為8.29mg/g。研究確定了脫氨氮的工藝流程和適宜參數(shù)，使處理后氨氮質(zhì)量含量低于5mg/L。研究表明，絲光沸石與斜發(fā)沸石相比，在溶液質(zhì)量濃度高于80mg/L時(shí)具有更高的吸收效果。另外還有學(xué)者對天然沸石吸附氨氮的影響因素如沸石種類、粒徑、溫度、吸附時(shí)間及再生進(jìn)行了研究。許多研究表明，天然沸石可以有效吸附廢水中的氨氮，但天然沸石的吸附容量較小，再生頻繁，影響其大規(guī)模應(yīng)用。因此，需要對天然沸石進(jìn)行擴(kuò)展研究，如沸石改性或與其他技術(shù)聯(lián)合使用。

(3)改性沸石脫氨氮的研究

由于天然沸石受吸附容量所限，所以近年來國內(nèi)研究人員研究天然沸石改性，取得了較好的效果。沸石改性主要采用酸堿改性、鹽改性、微波改性和高溫改性。有研究表明，酸堿法、高溫法、微波法等改性方法可進(jìn)一步提高天然沸石的吸附容量、水質(zhì)、沸石種類及改性條件等因素。研究了HCl、H2SO4和HNO3改性，結(jié)果表明氨氮的吸附量未有明顯增加，反而有降低的趨勢。用不同pH下的HNO、HSO、HPO溶液對天然沸石進(jìn)行改性。結(jié)果表明，無機(jī)酸改性沸石對水中氨氮的去除率不僅受到改性劑pH的影響，而且受到改性所用無機(jī)酸種類的影響。同樣pH下H2SO4改性沸石對氨氮的去除率和去除速率均有所降低；HNO3的改性對沸石吸附氨氮性能的影響則不是很明顯。H3PO4改性后的沸石對水中氨氮的吸附性能，無論在吸附容量還是吸附速率上均較未改性的沸石有較大幅度的提高，且受改性劑pH的影響不大。在堿改性方面，采用氫氧化鈉對天然沸石進(jìn)行了改性，結(jié)果表明，在氨氮初始質(zhì)量濃度為2.51mg/L的微污染水中，投加質(zhì)量濃度為1g/L的改性沸石，氨氮去除率達(dá)到70.8%，更適用于現(xiàn)有的自來水工藝。

利用NaOH改性得出最佳摩爾濃度為1mol/L時(shí)，氨氮吸附量可提高到0.65mg/g，為天然沸石的2.82倍。在鹽改性上，利用無機(jī)鹽改性時(shí)，對氨氮吸附效果最好的是NaCl改性沸石，其次為KCl改性沸石與CaCl2改性沸石。隨著NaCl溶液質(zhì)量濃度和改性時(shí)間的增加，改性沸石對氨氮的吸附量顯著增加，可達(dá)天然沸石的3～4倍；在NaCl質(zhì)量濃度為150g/L與改性時(shí)間為18h條件下，改性沸石對氨氮吸附量可達(dá)0.88mg/g，為天然沸石的3.84倍。采用鹽酸改性、高溫改性和NaCl改性方法，對比未改性的沸石進(jìn)行水源水中氨氮去除效果實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明0.8mol/L的NaCl對沸石改性效果最佳，對NH+的吸附容量可達(dá)0.84mg/g。在微波改性方面也有學(xué)者做了不少貢獻(xiàn)。

采用微波強(qiáng)化NaCl活化對沸石進(jìn)行改性，考察了微波加熱時(shí)間、功率及活化方法的影響。結(jié)果表明，微波加熱可疏通沸石內(nèi)部孔道，NaCl活化能改善其離子交換性能；與經(jīng)NaCl及NaCl+NaOH活化后的改性沸石相比，經(jīng)89W微波加熱4min后再用飽和NaCl活化后的改性沸石，對氨氮的去除率提高了10%以上。采用高溫300℃焙燒后，再用預(yù)處理后的海水浸泡24h改性沸石去除氨氮效果最佳。沸石對氨氮吸附容量為3.47mg/g，氨氮去除率為91.55%。改性沸石由于其特殊的物理結(jié)構(gòu)和高效吸附性能，能有效吸附處理廢水中難處理的有機(jī)污染物以及重金屬離子，在環(huán)保領(lǐng)域中有廣闊的應(yīng)用前景。這種單一的沸石不能從根本上將氨氮除去，只能起到濃縮的作用，新型沸石技術(shù)尚待研究。