沸石處理富營養化水的作用研究

2020-12-25 沸石百科

氮 、磷含量超標是富營養化水質的重要特徵,對富營養化水質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,應用上仍以化學沉澱法為主。沸石混合礦物以沸石為主並搭配比表面積大的膨潤土和蒙脫石組分,任何沸石均由矽氧或鋁氧四面體組成,這是因為矽氧四面體中的矽被鋁原子置換,構成了鋁氧四面體。

實驗用沸石的 SiO2:Al2O3為 5.63∶1.00,說明沸石中矽 、鋁氧四面體的比例約為 3∶1。由於鋁為三價,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,一般由鹼金屬和鹼土金屬離子來抵消,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於沸石的孔穴表面。實驗結果表明,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。隨後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後,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,在富營養化水的處理過程中,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、自我消化的循環過程,使沸石在生物作用下,始終處於離子交換未飽和狀態。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,由於沸石的多孔性質, 在富營養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。在生物膜形成後, 沸石表面吸附的氨, 將被生物膜中的硝化菌轉化成氮氣放出, 形成一個完整的吸收-消化體系,使沸石始終處於吸附未飽和狀態, 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。

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