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随着人们生活水平的迅速提高及城市化进程的加速,产生了大量的污水排入江河中。污水中氨氮污染较为严重,导致水体富营养化,水环境污染日益恶化。为此,本研究采用改性沸石强化去除污水中的氨氮,并对其去除效能进行研究。主要的研究内容包括:沸石特征分析和复合改性实验,改性沸石静态吸附、动态吸附的研究;改性沸石柱处理污水中试研究;改性沸石再生效能的研究。 采用广西车田、河南信阳、广西地矿院沸石进行SEM和X射线衍射等分析发现:沸石内部晶体结构松散,孔穴和孔道发达、孔径适中,有利于 NH4+等离子进入沸石孔道进行离子交换和化学吸附作用。优选出吸附容量较高的河南信阳、广西地矿院沸石进行酸、无机盐、热等改性研究,几种改性方式在不同程度上均可以提高沸石的交换性能,正交试验确定了复合改性最优水平(即α改性)。改性后吸附容量是改性前的1.81倍,其平均值为137.14meq/100g。表面分析认为α改性沸石孔系比较简单,孔径主要在中孔范围内,有利于离子交换过程。 采用静态吸附实验考察改性沸石对氨氮去除特性:细改性沸石对氨氮的吸附效果较好,改性沸石对溶液中NH4+的吸附,符合Langmuir吸附等温式,属于单分子吸附模型。氨氮在改性沸石表面吸附是吸热过程,可以自发进行;氨氮的吸附为一级反应过程;改性沸石对氨的吸附主要通过晶体内 Na+和 Ca2+与溶液中NH4+离子进行交换,基本遵循等当量交换的原则。 采用动态吸附实验考察改性沸石对氨氮吸附性能。通过改性沸石吸附穿透曲线分析可知,粒径越小、水流量越小、柱越高越不容易穿透。氨氮的去除率随时间推移逐渐减小,亚硝酸盐的变化是逐渐升高后再降低;总氮去除率在25%-38%;总磷的去除效果较差;对有机物的去除随时间逐渐增加。改性沸石对于氨氮的去除,在前80 h主要依靠离子交换作用,80 h后依靠生物氧化作用。改性沸石吸附氨氮的影响因素主要有水力负荷、氨氮负荷和有机负荷。 采用厌氧-改性沸石柱系统中试研究表明:厌氧反应器存在生物降解和吸附作用,具有抗冲击负荷的能力,可稳定进水水质。改性沸石柱挂膜成功后,氨氮、总氮、COD、总磷、SS的平均去除率分别为84%、71.8%、77%、8.46%、94.8%,没有积累亚硝酸盐和硝酸盐。有机物和悬浮固体主要在改性沸石柱的前端去除,氨氮主要在改性沸石柱的后端去除。运行周期为3~4 d,系统采用气水联合反冲洗方式,反冲洗结束时池中沸石上的生物膜在数量上满足要求。 静态再生确定了化学再生最佳条件:NaHCO3为再生液,最佳浓度为2000mg/L,最佳时间为3.5h。静态再生同时证明了生物再生作用的存在。中试再生表明,吸附大量铵的改性沸石可以实现有效再生,改性再生柱对NH3-N去除率大于83%。提供足够的溶解氧和适宜的温度,可有效提高生物再生的效率。不同再生方式的再生率为:化学再生率达74.9%,生化再生率达83%以上。 挂膜前后改性沸石吸附氨氮的速率控制步骤均为孔内扩散控制,即生物膜的存在只对离子交换速度有一定的影响,但它不是离子交换速度控制步骤。生物沸石的吸附作用与生物作用是相互促进的关系。生物作用对沸石氨氮吸附—解吸过程的影响较大,提高了沸石吸附交换容量,延长沸石吸附交换作用周期。