改性沸石處理氨氮廢水的研究進(jìn)展

喻嵐 徐冰峰 庹婧藝 王雪穎 郭露遙 趙順宇

(昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院 昆明 650500)

0 引言

氮磷污染物進(jìn)入水體后會(huì)導(dǎo)致藻類(lèi)大量生長(zhǎng)，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。NH3—N廢水污染源多、排放量大、濃度變化大，排入水體會(huì)引起水體缺氧，造成水體黑臭，對(duì)人群及生物產(chǎn)生毒害作用。NH3—N廢水處理技術(shù)主要有吹脫法、吸附法、折點(diǎn)加氯法、化學(xué)沉淀法、生物處理法等，目前使用較廣的方法是吸附法。NZ(天然沸石)作為最常見(jiàn)的吸附劑之一，在我國(guó)儲(chǔ)量較大，是一種含水硅(鋁)酸鹽晶體，呈四面體三維骨架結(jié)構(gòu)，具有吸附性、離子交換性等特性，其孔道常被水、碳酸鹽、有機(jī)物和其他無(wú)機(jī)物等雜質(zhì)占據(jù)，吸附容量有限，循環(huán)利用率低[1-2]。通常采用熱、酸、堿、鹽、表面活性劑和復(fù)合改性等方式對(duì)NZ進(jìn)行改性，以期增加沸石孔道空隙率，改變硅鋁比、陽(yáng)離子類(lèi)型，提高其對(duì)廢水的去除效果。本文對(duì)MZ(改性沸石)處理NH3—N廢水效果及沸石再生進(jìn)行研究，以期為相關(guān)研究的開(kāi)展提供參考。

1 沸石改性方法及效果

1.1 物理單一改性

物理單一改性主要有高溫焙燒[2-3]和微波輻照[2,4]等加熱方式，通過(guò)加熱可以去除NZ孔道內(nèi)的雜質(zhì)，增大NZ比表面積，改善離子交換性能，提高吸附能力。高溫焙燒是通過(guò)熱源由外向內(nèi)縱向加熱，加熱不均勻、速度慢、效率低。微波輻照法具有不同于傳統(tǒng)加熱方式的熱效應(yīng)，通過(guò)微波由內(nèi)向外加熱，在不同深度同時(shí)產(chǎn)生熱效應(yīng)，加熱快速均勻、時(shí)間縮短、質(zhì)量改善[4]。物理單一改性對(duì)NH3—N吸附效果如表1所示，由表可見(jiàn)，微波較焙燒改性時(shí)間短，物理單一改性對(duì)NH3—N去除率也進(jìn)一步提高，但有些吸附能力沒(méi)有得到明顯改善，這是因?yàn)楸簾郎囟冗^(guò)高或微波輻射功率過(guò)大會(huì)破壞沸石孔道結(jié)構(gòu)，使沸石的除氨率降低。

1.2 化學(xué)單一改性

常用酸、堿、鹽、表面活性劑等方式對(duì)NZ改性，改善NZ的吸附性能和離子交換性能。沸石吸附時(shí)發(fā)生的離子置換反應(yīng)為

(1)

式中，Z為沸石；Y為待置換的陽(yáng)離子；n為電荷數(shù)。

1.2.1 酸改性

表1 物理單一改性對(duì)NH3—N吸附效果

表2 酸改性對(duì)NH3—N吸附效果

1.2.2 堿改性

堿改性是在不改變沸石骨架結(jié)構(gòu)的情況下，選擇性脫除沸石骨架的Si，降低硅鋁比，增加沸石吸附位點(diǎn)，改善沸石吸附性能，同時(shí)引入堿金屬離子，增強(qiáng)沸石的離子交換性能[2,7-8]。堿改性對(duì)NH3—N吸附效果如表3所示。由表可見(jiàn)，堿改性可以增加沸石的交換量，改善沸石對(duì)NH3—N廢水的去除效果。這是由于堿的加入在引入陽(yáng)離子的同時(shí)，降低了硅鋁比，更多的Si4+被Al3+置換，增強(qiáng)了沸石表面的負(fù)電性，提高了對(duì)NH4+的吸附能力和離子交換能力[2]。

表3 堿改性對(duì)NH3—N吸附效果

1.2.3 鹽改性

表4 鈉鹽改性對(duì)NH3—N吸附效果

續(xù)表4

1.2.4 表面活性劑改性

表5 表面活性劑改性對(duì)NH3—N吸附效果

1.3 物化復(fù)合改性

表6 物化復(fù)合改性對(duì)NH3—N吸附效果

2 沸石再生方法及效果

2.1 物理再生

2.2 化學(xué)再生

(2)

2.3 生物再生

生物再生是依靠微生物的硝化作用降解吸附質(zhì)，恢復(fù)沸石的吸附容量[21]。李云輝等[22]用生物法再生沸石，當(dāng)MLVSS(揮發(fā)性懸浮物固體質(zhì)量濃度)從594 mg/L增加至2 750 mg/L時(shí)，再生時(shí)間從19.5 h縮短至2.3 h。

2.4 電化學(xué)再生

3 結(jié)語(yǔ)

NZ具有吸附性和離子交換性，對(duì)NH3—N具有較好的去除效果，為進(jìn)一步提高NZ吸附容量，可對(duì)其改性。

(1)物理單一改性能使NH3—N去除率提高10%以上，微波較焙燒輻射時(shí)間短(30 min內(nèi))，沸石受熱均勻，可進(jìn)一步提高改性效率?；瘜W(xué)單一改性中，無(wú)機(jī)酸改性對(duì)NH3—N吸附效果較差，而有機(jī)酸CH3COOH(77.38%)、C6H8O7(81.88%)對(duì)NZ改性后，NH3—N去除率分別提高了16.7%、21.2%；堿改性可提高NZ的交換容量，但吸附能力提升不大；鹽改性中鈉鹽改性去除率較NZ提高了30%以上，尤其是Na3C6H5O7改性后對(duì)NH3—N去除率可達(dá)98.14%；SDS陰離子表面活性劑改性后對(duì)NH3—N去除率達(dá)97%，較NZ提高了36.32%。物化復(fù)合改性中，微波+鈉鹽改性可使NH3—N去除率達(dá)92.11%～99.7%。

(2)微波+化學(xué)試劑的再生方法可高效快速地對(duì)吸附飽和沸石進(jìn)行再生，經(jīng)多次再生的沸石的吸附容量和吸附速率仍保持較高水平，尤其是微波+NaCl和NaOH混合液再生沸石，再生率接近100%，可實(shí)現(xiàn)沸石的循環(huán)利用。