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中国地表水中氨氮污染情况比较严重,根据《2010年中国环境状况公报》显示,氨氮是中国七大水系的三大污染物之一,因此,研究开发处理含氨氮废水的材料和方法具有重要的实际意义。 沸石是一种对氨氮具有较高吸附能力的矿物,但用在氨氮废水处理时,也因其粒径小、滤池易堵塞、需要再生等缺点限制了它的应用。本研究以水泥作为胶黏剂,沸石作为骨料,注模成型造粒,制作一种多孔混凝土颗粒。这种颗粒经挂膜处理后不仅可以吸附水中的氨氮,而且能够自我再生,可以用作处理含氨废水的滤料,即生物沸石滤料。为此,论文对①实验用沸石的氨氮吸附特性、②生物沸石滤料的制作、③生物沸石滤料的氨氮吸附特性,以及④生物沸石滤料应用于处理黄河水中的氨氮进行了实验研究。 通过研究得到了如下结论: (1)实验用沸石材料的特性有:①沸石对氨氮的吸附速度很快,吸附平衡时间很长,100~140目的沸石粉对水中氨氮的吸附平衡时间长达400min;②沸石的粒径越小,达到吸附平衡的时间越短,对水中氨氮的吸附量越大;③氨氮的初始浓度越小,氨氮的去除率越高;④用100~140目的沸石处理100mL浓度为50mg/L的氨氮模拟废水时,沸石的最佳投加量为4g。 (2)制作生物沸石滤料需要确定原材料的最佳配比和对滤料进行挂膜处理。采用正交试验设计(三因素三水平)的方法确定了沸石粒径、水灰比和灰集比的最佳配比。以沸石粒径100~140目、水灰比1.0、灰集比1:3的最佳配比,制作出抗压强度大、孔隙率高、吸氨能力强的多孔混凝土颗粒滤料。然后,将这种颗粒滤料进行生物挂膜处理,制成生物沸石滤料,使其能够利用硝化微生物自我再生。 (3)生物沸石滤料在处理氨氮废水的过程中可以实现自我再生。影响生物沸石滤料处理氨氮废水的主要因素是温度和pH值。在实验设置的温度范围内(10℃、20℃、30℃),生物沸石滤料的除氨率与温度成正相关;在实验设置的pH值范围内(6、7、8),生物沸石滤料的除氨率与pH值成正相关。综合多种因素考虑,为了达到较高的氨氮去除率,温度在35℃左右、pH值在7~8之间为宜。 (4)将生物沸石滤料用于处理黄河水中的氨氮时,保持滤速为20mL/min(即0.72m/h),滤柱连续运行25天,在进水氨氮浓度保持在5mg/L左右的情况下,氨氮的平均去除率为60.9%。