Zeolite在我國資源豐富,成本較低,是當今應用最廣泛的一種非金屬礦物材料之一。沸石的結構決定它本身具有獨特的吸附性、催化性、離子交換性、離子的選擇性、耐酸性、熱穩定性、多成分性,以及很高的生物活性和抗毒性等。沸石內部有許多大小比較均勻的孔道和通道,孔容積有時可達沸石體積的?50%以上,具有較好的吸附和離子交換性能。利用沸石吸附和離子交換性能脫除廢水中的氨氮不僅是可行的,而且在處理過程中不會對環境造成二次污染。但是作為一種吸附材料,在水處理過程中沸石達到吸附飽和后的再生,仍然是目前研究的熱點問題。
沸石是天然硅鋁酸鹽礦物的名稱,是具有(四面體)骨架結構的鋁硅酸鹽,其骨架中的每一個氧原子都為相鄰的兩個四面體所共用。這種結構形成了可為陽離子和水分子所占據的大孔穴。這些陽離子和水分子有較大的移動性,可以進行陽離子交換和可逆的脫水。
式中,M分別為一價和二價金屬(通常為鈉、鉀、鈣、鍶、鋇等),x為金屬M的價態;n為沸石的硅鋁比;m為水分子數。由于天然沸石的產地、組成成分及各成分的比例不盡相同,最終導致天然沸石脫氮的性能也不盡相同。沸石對于氨氮的離子交換和吸附作用效果較好,因此,沸石對于總氮去除主要是通過降低氨氮的含量,從而降低總氮的含量。
目前沸石在水處理中的應用大多數都是針對微污染河道水、景觀水、二沉池出水等含氮量不高的水體,目的在于脫氮控制水體富營養化趨勢。從應用方式上分,有以下三種方式。
第一,作為濾料和填料。這是目前最為廣泛和成熟的沸石應用方式。在傳統方法中,往往污水經過生化后采用石英砂等材料進行過濾。 很多研究利用沸石過濾柱取代石英砂, 不僅具有石英砂過濾去除濁度的功能,而且可以高效除氮。方升華[4]對比研究了礫石、砂子和沸石在不同氮磷水平下對氮的強化吸附性能,并對其吸附機理進行了初步探討。試驗結果表明:對于氮的飽和吸附能力依次為沸石>礫石>砂子。沸石對氨氮、懸浮物的去除效果明顯優于石英砂,對有機物的去除效果與石英砂基本相同,且水頭損失小,運行周期長,反沖洗流量小。
第二,作為混凝劑。此類方式主要針對高濃度含氮廢水處理。單純利用沸石去除水中的氨氮,處理效果相對處理低濃度廢水時較差。針對此類高濃度的廢水,主要處理方法還是采用生化法。為了保證出水水質,在生化處理單元中加入適量的沸石粉,提高處理單元的生化性能和脫氮性能。羅鵬安等以A2/O工藝為基礎,向好氧生物池中投加沸石。實驗結果表明,反應池沸石質量濃度一定和24h的好氧水力停留時間的條件下,該工藝可將氨氮從進水平均 均有所大量下降。郭亮等將厭氧生物處理工藝和沸石組合,結果表明沸石的加入有利于提高厭氧消化的效果,降低在降解蛋白質、氨基酸和尿素時產生的自由胺和氨離子的濃度,減少對厭氧微生物的毒害作用。同時,沸石中的Ca2+、Mg2+等離子有強化厭氧反應的作用,加速厭氧反應的進程,還能提高出水的pH值,避免出水酸化現象。
第三,構筑防滲層和截污層。沸石本身具有很好的保氮能力,在農業領域內,經常將沸石與土壤以一定的比例混合,以提高土壤的保氮能力,防止氮素的流失。沸石常做成濾床,污水動態流經沸石床與沸石接觸時,去除水中的污染物。天然沸石作為覆蓋層可以有效控制氨氮的釋放, 并且能降低總磷的釋放速率。林建偉等提出了沸石和方解石復合覆蓋控制底泥氮磷釋放的新方法。通過模擬試驗表明,沸石可以有效的阻擋低泥中氨氮的釋放和吸收氨氮,通過改性后的沸石效果更加顯著。