沸石基質(zhì)應(yīng)用于生物法水處理中，多以沸石粉或粒徑小的沸石顆粒直接投加在生物反應(yīng)池中。Zeolite基質(zhì)在生物法中的應(yīng)用，不但應(yīng)用于傳統(tǒng)的連續(xù)流活性污泥法、間歇式活性污泥法，還可應(yīng)用于近年來(lái)較熱門的膜生物反應(yīng)器中。
針對(duì)沸石強(qiáng)化A/O生物脫氮-同步化學(xué)除磷工藝中有機(jī)污染物的降解，在上海某污水處理廠進(jìn)行了中試研究。中試工藝流程圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
①當(dāng)沸石投加于活性污泥中掛膜后，含沸石的活性污泥兼有微生物和沸石的特點(diǎn)，即能吸附、降解易生物降解有機(jī)污染物，又能吸附、附著并緩慢降解難生物降解有機(jī)污染物；
②含沸石活性污泥的異氧菌較常規(guī)A/O生物脫氮工藝污泥的異氧菌高數(shù)倍至55倍，其有機(jī)污染物的生物降解能力得到改善，而且有持續(xù)降解難降解有機(jī)污染物的能力。
對(duì)上述工藝中含沸石活性污泥的特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：沸石的投加，降低了污泥的比阻，提高了污泥的水通量，改善了污泥膜分離效果，有利于鈍化污水中的重金屬，吸附污水中的難降解有機(jī)物，同時(shí)也改變了污泥的成分，顯著增加了Si、Al、K、Na等無(wú)機(jī)組分。因此，含沸石污泥可作為建筑材料或林木花卉的基肥資源化利用。由于含沸石污泥中固定有重金屬，所以不可用于農(nóng)業(yè)種植。
圖2所示，常規(guī)SBR，沸石-SBR運(yùn)行模式相同為：缺氧進(jìn)水(2h)/厭氧攪拌(2h)/好氧攪拌(6h)/沉淀(1h)/排水、閑置(1h)，兩實(shí)驗(yàn)裝置的唯一區(qū)別在于沸石-SBR裝置中每天投入600mg的沸石(約240mg/L)，所投加的沸石粒徑為0.15mm。通過測(cè)定一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)水溶液及固體內(nèi)NH4+2N、NO2-2N、NO3-2N濃度，發(fā)現(xiàn)沸石-SBR反應(yīng)
器中形成的沸石-活性污泥絮體在缺氧進(jìn)水階段吸附氨氮，在好氧攪拌階段可通過硝化作用實(shí)現(xiàn)沸石的生物再生，但常規(guī)SBR和沸石-SBR的脫氮能力相當(dāng)約為70%。為進(jìn)一步提高脫氮能力，改進(jìn)型沸石-SBR反應(yīng)器的運(yùn)行模式(圖3)調(diào)整為好氧攪拌(6h)/缺氧進(jìn)水(2h)/厭氧攪拌(1.8h)/好氧攪拌(0.2h)/沉淀(1h)/排水閑置(1h)。
由圖4可知，改進(jìn)型沸石-SBR反應(yīng)器利用沸石的吸附性能將溶解態(tài)的氨氮轉(zhuǎn)移到沸石中以降低出水中總氮濃度，而進(jìn)水前好氧攪拌將上一周期吸附在沸石中的氨氮硝化同時(shí)實(shí)現(xiàn)沸石的再生，隨后通過缺氧進(jìn)水階段反硝化脫氮。在同樣的HRT和SRT條件下，污水脫氮率可從70%提高至82%。從該實(shí)驗(yàn)可得出脫氮的新思路，即利用沸石的吸附性能，將液態(tài)氮轉(zhuǎn)移到固態(tài)沸石中，既保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)又可在下一周期將氨氮通過硝化、反硝化反應(yīng)去除。
針對(duì)MBR反應(yīng)器易發(fā)生膜污染和脫氮效率不穩(wěn)定的特點(diǎn)，研究了投加天然斜發(fā)沸石粉末對(duì)淹沒式重力過濾MBR反應(yīng)器的膜滲透性的影響，以及反應(yīng)器去除COD、NH32N、TN效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，沸石的投加可明顯降低膜污染，其原因?yàn)镸BR反應(yīng)器中的沸石可在膜表面形成更密實(shí)，不易壓縮的保護(hù)層，溶解性的有機(jī)污染物直接分別構(gòu)建了常規(guī)SBR，沸石-SBR以及改進(jìn)型沸石-SBR，研究三套SBR裝置的污水脫氮效果。三套裝置的運(yùn)行模式分別見圖2、圖3。
○-液相NH4+2N，□-固相NH4+2N，△-液相NO2-2N
-液相NH3-2N，RT-反應(yīng)階段，AF-缺氧進(jìn)水階段，
AN-厭氧階段，ST-沉淀，D&I-排水&閑置圖4改進(jìn)型沸石-SBR中污染物濃度變化曲線被沸石吸收或被污泥吸收后吸附在沸石表面，避免了膠體或溶解性污染物與膜孔間的直接作用。同時(shí)，由于沸石本身具有吸附氨氮的能力，以及沸石投加后在MBR反應(yīng)器內(nèi)形成好氧-缺氧共存的微環(huán)境更有利于同步硝化反硝化的進(jìn)行，因此，投加沸石后反應(yīng)器的脫氮效率可達(dá)46%，而未投加沸石反應(yīng)器的脫氮效率僅為21%。
沸石基質(zhì)，由于具有良好的吸附和離子交換性能，可與現(xiàn)有的污水處理系統(tǒng)相結(jié)合，提高原系統(tǒng)的處理能力：
(1)沸石可作為填料，用于構(gòu)建人工濕地、生物濾池進(jìn)行有機(jī)物、氮污染的去除，還可作為復(fù)合填料用于受污染河道的修復(fù)。在去除污染物的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)沸石生物再生。
(2)沸石可將粉末狀或小顆粒的形式直接投加在生物法水處理構(gòu)筑物中。應(yīng)用于連續(xù)流A/O工藝中可加強(qiáng)污泥降解難降解有機(jī)污染的能力；應(yīng)用于SBR中，可利用沸石對(duì)氨氮的吸附特性，將液態(tài)氮轉(zhuǎn)移到固態(tài)沸石中，既保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)又可在下一周期將氨氮通過硝化、反硝化反應(yīng)去除，提出了脫氮的新思路；應(yīng)用于MBR中既可降低膜污染，又能提高氮的去除效率。
此外，投加有沸石粉末的活性污泥，污泥成分中顯著增加了Si、Al、K、Na等無(wú)機(jī)組分，可作為建筑材料或林木花卉的基肥資源化利用。因此，如何將新型環(huán)保材料如沸石等礦物材料與水處理工藝聯(lián)合使用來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有工藝或構(gòu)建新工藝將具有一定的應(yīng)用前景。
