氮磷是水體浮游植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素,當(dāng)水體中氮磷濃度過(guò)高時(shí), 會(huì)導(dǎo)致浮游植物的大量繁殖,從而引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化。因此,有效去除廢水中的氮磷, 對(duì)于水體富營(yíng)養(yǎng)化的防治具有重要意義。氨氮和磷酸鹽是廢水中氮和磷的主要存在形態(tài)之一。廢水中氨氮的去除方法主要包括生物法( 硝化-反硝化) 、汽提法和吸附法等。廢水中磷酸鹽的去除方法主要包括生物法、化學(xué)沉淀法、結(jié)晶法和吸附法等。其中,吸附法是去除廢水中氨氮和磷酸鹽的有效去除方法。天然沸石是一種多孔性水合鋁硅酸鹽礦物, 它的骨架由硅氧四面體 和鋁氧四面體所構(gòu)成。當(dāng)硅氧四面體中心的四價(jià)硅被三價(jià)鋁取代后,沸石骨架會(huì)產(chǎn)生過(guò)剩的負(fù)電荷,而過(guò)剩的負(fù)電荷通常由一價(jià)或二價(jià)陽(yáng)離子( Na+、K+、Mg2+和Ca2+等) 所平衡。因此,天然沸石通常具備較強(qiáng)的陽(yáng)離子交換性能。
通過(guò)觀察天然Zeolite對(duì)氨氮和磷酸鹽的吸附動(dòng)力學(xué)曲線,可以看出, 反應(yīng)初期階段天然沸石對(duì)氨氮和磷酸鹽的單位吸附量隨反應(yīng)時(shí)間的增加顯著上升, 此后逐漸趨于平緩, 直到吸附平衡, 說(shuō)明天然沸石對(duì)氨氮和磷酸鹽的吸附去除具備“快速吸附, 緩慢平衡”的特點(diǎn)。
并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知, 沸石吸附氨氮是一種快速吸附、緩慢平衡的過(guò)程, 在開(kāi)始前 3 h, 沸石對(duì)廢水中氨氮的吸附速率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而迅速增加, 斜發(fā)沸石對(duì)氨氮的去除率達(dá)到 92. 71% ,進(jìn)一步延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間吸附速率增加緩慢,這是因?yàn)楫?dāng)斜發(fā)沸石吸附溶液中的 NH4+ 達(dá)到飽和后, 溶液中會(huì)有離子交換和吸附平衡, 此時(shí)延長(zhǎng)時(shí)間也不能大幅度提高氨氮去除率, 直至 7 h 后氨氮去除率保持不變,時(shí)可認(rèn)為, 沸石吸附飽和,此時(shí)對(duì)氨氮的去除率為 93.61% ,因此選吸附時(shí)間為3h。
另外,通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知,增加沸石的投加量,可以增加氨氮的去除率,但是沸石的單位吸附量會(huì)下降,而減小沸石的粒徑可以提高沸石的吸附量。通過(guò)動(dòng)態(tài)吸附柱實(shí)驗(yàn),研究了沸石的穿透曲線,在裝入粒徑為 1~2 mm 的沸石 100 g,以 10 mL·min-1流量加入氨氮濃度為 50 mg·L -1 NH4Cl 溶液的條件下,經(jīng)過(guò) 96 h 沸石柱被完全穿透,根據(jù)穿透曲線計(jì)算出沸石的“動(dòng)態(tài)飽和吸附量”約為 18.8 mg·g-1。由于沸石具有交換吸附的特性,今后將在陽(yáng)離子對(duì)沸石吸附的影響和沸石改性等方面開(kāi)展進(jìn)一步研究,并將沸石作為吸附基質(zhì)材料,進(jìn)行水體富營(yíng)養(yǎng)化治理和水產(chǎn)養(yǎng)殖污水處理等實(shí)際應(yīng)用研究。