摘要：考察了沸石對氨氮的吸(xi)(xi)附(fu)(fu)性能和影響因素，結果表(biao)明(ming)：適宜的沸(fei)(fei)石種類和粒徑能快速吸(xi)(xi)附(fu)(fu)水中(zhong)的氨氮，吸(xi)(xi)附(fu)(fu)時間越(yue)長，去除(chu)(chu)率(lv)越(yue)大，但吸(xi)(xi)附(fu)(fu)時間達到(dao)10min以后(hou)，吸(xi)(xi)附(fu)(fu)速率(lv)明(ming)顯(xian)減緩；水體越(yue)接近中(zhong)性，氨氮去除(chu)(chu)效果越(yue)好；電導率(lv)也(ye)會影響沸(fei)(fei)石吸(xi)(xi)附(fu)(fu)氨氮的性能。

氨氮是水(shui)(shui)(shui)體受到污染的(de)標志之一，容(rong)(rong)易引起水(shui)(shui)(shui)體藻類(lei)及(ji)其他微生物大(da)量繁殖，形成(cheng)水(shui)(shui)(shui)體富營養化(hua)，嚴(yan)重時會使水(shui)(shui)(shui)中溶(rong)解氧下降，魚(yu)類(lei)死亡，水(shui)(shui)(shui)質黑臭，導(dao)致湖泊干(gan)涸消(xiao)失。氨氮排(pai)放量遠超出(chu)受納(na)水(shui)(shui)(shui)體的(de)環境(jing)容(rong)(rong)量、污染負荷(he)壓(ya)力(li)大(da)，是造成(cheng)目(mu)前地表水(shui)(shui)(shui)體氨氦超標的(de)主要原(yuan)因。

水體中氨(an)氮超標會導致藻類和微(wei)生(sheng)物(wu)大(da)(da)量繁殖(zhi)，給(gei)水處(chu)理工藝流(liu)程和配水管(guan)網(wang)帶來(lai)危害。目(mu)前去除氨(an)氮的(de)技術主要(yao)分(fen)為(wei)生(sheng)化(hua)(hua)和物(wu)化(hua)(hua)兩類：生(sheng)化(hua)(hua)法(fa)(fa)(fa)有硝(xiao)化(hua)(hua)及藻類養(yang)殖(zhi)法(fa)(fa)(fa)，硝(xiao)化(hua)(hua)法(fa)(fa)(fa)主要(yao)利(li)用(yong)微(wei)生(sheng)物(wu)的(de)硝(xiao)化(hua)(hua)反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)作用(yong)去除多種含(han)氮化(hua)(hua)合(he)物(wu)。在實際的(de)水廠(chang)運行(xing)中，由于接觸空氣，很難進(jin)行(xing)有效的(de)反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)反(fan)應，雖處(chu)理能(neng)力大(da)(da)，抗沖擊負荷能(neng)力強(qiang)，但反(fan)應器占地(di)面(mian)積大(da)(da)，基(ji)建投資(zi)高，受(shou)氣溫水質等因素影響較大(da)(da)，運行(xing)成本(ben)高，不適(shi)于國內的(de)自來(lai)水行(xing)業使用(yong)。物(wu)化(hua)(hua)法(fa)(fa)(fa)有離子交換(huan)法(fa)(fa)(fa)、折點氯化(hua)(hua)法(fa)(fa)(fa)、吹脫(tuo)法(fa)(fa)(fa)、化(hua)(hua)學沉(chen)淀法(fa)(fa)(fa)、電化(hua)(hua)學法(fa)(fa)(fa)等。綜(zong)合(he)考慮氨(an)氮去除工藝，并結合(he)水廠(chang)現(xian)有的(de)工藝流(liu)程和運行(xing)成本(ben)，采用(yong)離子交換(huan)法(fa)(fa)(fa)去除氨(an)氮比較適(shi)用(yong)。

1、沸石吸附氨氮的性能(neng)

沸(fei)(fei)(fei)石(shi)的吸(xi)附(fu)(fu)(fu)機理(li)和活性(xing)炭不盡相同，活性(xing)炭依靠其豐(feng)富的孔洞吸(xi)附(fu)(fu)(fu)水中雜(za)質，是一(yi)個物(wu)理(li)過程。而沸(fei)(fei)(fei)石(shi)首先是一(yi)個物(wu)理(li)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)過程，當吸(xi)附(fu)(fu)(fu)質粒(li)子與吸(xi)附(fu)(fu)(fu)劑(ji)表面(mian)之間形(xing)成(cheng)(cheng)化學(xue)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)鍵并構成(cheng)(cheng)表面(mian)絡合物(wu)時，沸(fei)(fei)(fei)石(shi)開始化學(xue)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)即(ji)離子交換過程。其離子交換性(xing)能主要(yao)與沸(fei)(fei)(fei)石(shi)結構中硅鋁(lv)比(bi)的高低(di)、沸(fei)(fei)(fei)石(shi)孔穴(xue)的大小、陽離子性(xing)質和位置有關。

沸(fei)(fei)石(shi)(shi)去除水中(zhong)的(de)(de)(de)氨(an)(an)(an)氮(dan)(dan)主要是利(li)用(yong)沸(fei)(fei)石(shi)(shi)對(dui)陽離(li)子的(de)(de)(de)選(xuan)擇交換過程，其孔(kong)穴和孔(kong)道(dao)的(de)(de)(de)直(zhi)徑(jing)與氨(an)(an)(an)氮(dan)(dan)微(wei)粒的(de)(de)(de)直(zhi)徑(jing)相當(dang)，因此對(dui)氨(an)(an)(an)氮(dan)(dan)有很(hen)強的(de)(de)(de)選(xuan)擇吸(xi)附性(xing)能(neng)。不同的(de)(de)(de)沸(fei)(fei)石(shi)(shi)其物理和化(hua)學性(xing)質都有差(cha)別，對(dui)氨(an)(an)(an)氦的(de)(de)(de)吸(xi)附也有差(cha)別。我國天然沸(fei)(fei)石(shi)(shi)資源豐富，利(li)用(yong)沸(fei)(fei)石(shi)(shi)去除水體中(zhong)氨(an)(an)(an)氮(dan)(dan)污染(ran)物價格低(di)廉，具有較好的(de)(de)(de)應用(yong)前景。對(dui)自來水廠原(yuan)水短期及突發性(xing)氨(an)(an)(an)氮(dan)(dan)污染(ran)，投加沸(fei)(fei)石(shi)(shi)具有設備簡單(dan)、投資少(shao)、價格便宜、吸(xi)附速(su)度快、去除率高等優勢。

2、沸石(shi)吸附(fu)氨氮的影響因素(su)

2.1 沸石的種類和粒徑

選取(qu)沸(fei)(fei)石1號80目、沸(fei)(fei)石1號200目以(yi)及(ji)沸(fei)(fei)石2號200目共3種沸(fei)(fei)石，同時在ZR4-6六聯混凝(ning)實驗(yan)(yan)攪拌機上進行(xing)實驗(yan)(yan)。原水(shui)氨氮為(wei)0.92mg/L，每種沸(fei)(fei)石均稱取(qu)2份(fen)各2.0g做平行(xing)實驗(yan)(yan)，快速(su)攪拌2min，靜置20min后測定出水(shui)氨氮，結果見表1。

表1 沸石類(lei)別及粒徑對氨氮去除的(de)影響

可以看出，同(tong)一種類的(de)沸(fei)(fei)石(shi)粒徑(jing)越小吸附率(lv)越大，而同(tong)一粒徑(jing)、不(bu)同(tong)種類的(de)沸(fei)(fei)石(shi)吸附率(lv)也有差異。選擇沸(fei)(fei)石(shi)2號、粒徑(jing)200目的(de)沸(fei)(fei)石(shi)進行后續實驗。

2.2 沸石投加量(liang)

分(fen)別取1000mL氨(an)氮濃度為0.96mg/L的(de)原水置于6個燒杯中(zhong)，稱(cheng)取不同質量(liang)的(de)沸石快速(su)攪拌2min，靜置10min后測定上清液氨(an)氮，結果見圖1。

可以看出，沸(fei)石(shi)(shi)(shi)投(tou)加(jia)(jia)量(liang)(liang)越大(da)去(qu)除(chu)率越大(da)。沸(fei)石(shi)(shi)(shi)投(tou)加(jia)(jia)量(liang)(liang)為(wei)2.Og時，去(qu)除(chu)率達(da)到75.0%，增加(jia)(jia)投(tou)加(jia)(jia)量(liang)(liang)去(qu)除(chu)率升高變緩，意義不大(da)。在一定的投(tou)加(jia)(jia)量(liang)(liang)范(fan)圍內，氨氮(dan)去(qu)除(chu)率與(yu)沸(fei)石(shi)(shi)(shi)投(tou)加(jia)(jia)量(liang)(liang)成正(zheng)相關(guan)性。原(yuan)水(shui)中能被沸(fei)石(shi)(shi)(shi)吸附去(qu)除(chu)的氨氮(dan)是一個相對固定值，過量(liang)(liang)投(tou)加(jia)(jia)沸(fei)石(shi)(shi)(shi)并不能顯著提高氨氮(dan)的去(qu)除(chu)率，反而造成沸(fei)石(shi)(shi)(shi)的浪費。

2.3 接(jie)觸時間

沸石與原水(shui)接觸時(shi)(shi)間(jian)越長，吸(xi)附率(lv)也越大，普通水(shui)處理工藝能滿足沸石吸(xi)附氨(an)氮(dan)(dan)的(de)時(shi)(shi)間(jian)要(yao)求(qiu)。原水(shui)氨(an)氮(dan)(dan)為0.99mg/L，投加2.0g沸石快速攪拌(ban)2min后(hou)，間(jian)隔(ge)不同時(shi)(shi)間(jian)測定(ding)上(shang)清液(ye)氨(an)氮(dan)(dan)，結果(guo)見表2。

表2 接觸(chu)時間對去除效果的影響

可(ke)以看(kan)出(chu)，在(zai)前(qian)2min甚(shen)至更(geng)短(duan)(duan)的時間(jian)內沸石快速吸附氨氮，去(qu)除(chu)率超過60%；隨著時間(jian)延長，去(qu)除(chu)率并未明顯(xian)增加(jia)(jia)，逐漸達(da)到平衡(heng)。對自來水廠處理短(duan)(duan)期(qi)、突發性氨氮污染原(yuan)水面言，投(tou)加(jia)(jia)時間(jian)和投(tou)加(jia)(jia)點比較靈活(huo)，在(zai)混(hun)凝(ning)階段或絮凝(ning)階段投(tou)加(jia)(jia)皆可(ke)，方便操作。

2.4 水(shui)體pH

分別取1000mL氨(an)氮濃度為0.97mg/L的(de)原(yuan)水(shui)(shui)，用鹽酸和(he)氫氧化鈉依次調(diao)節各原(yuan)水(shui)(shui)pH值在1.0、3.0、5.0、7.0、9.0和(he)11.0左右，分別投加2.0g沸(fei)石(shi)快(kuai)速(su)攪拌(ban)2min，沉(chen)淀10min后測定上清液氨(an)氮，結(jie)果見圖2。

氨氮去除率隨著pH值的增加先升高后降低，pH值在5.0和7.0時去除率較大。氨氮在水中存在一個平衡：NH₄⁺+OH^-→NH₃+H₂O，在酸性環境下，氨氮濃度高，H⁺濃度也高，H⁺會和氨氮爭奪沸石的離子交換位置。在堿性環境下，氨氮會與水中的OH^-結合，降低了氨(an)氮濃度，所以2種情(qing)況下的(de)(de)去除率均不高。在水體越接近中性的(de)(de)情(qing)況下，沸石去除氨(an)氮的(de)(de)效果越好。

2.5 電(dian)導率(lv)

投加電解質NaCl改變原(yuan)水的(de)(de)電導(dao)(dao)(dao)率，考察電導(dao)(dao)(dao)率對沸(fei)石吸附氨氮的(de)(de)影響。分別(bie)取1000mL氨氮濃度為0.98mg/L的(de)(de)原(yuan)水，依次加入不(bu)同(tong)量的(de)(de)NaCl，中性條件下(xia)調節(jie)電導(dao)(dao)(dao)率。分別(bie)投加2.0g沸(fei)石快速攪拌2min，沉淀10min后測定各杯上(shang)清液氨氮，結果見圖3。

可以看出，通過添加電解質改變原水的電導率對沸石吸附氨氮的影響較大，電導率由127μs/cm升高到624μs/cm時，出水氨氮濃度逐漸增加，氨氮去除率下降明顯，由71.4%下降到51.0%。這主要是因為沸石不僅能吸附水中的氨氮，還能吸附水中的陽離子如Na⁺，電解(jie)質中陽離子(zi)的存在會阻礙(ai)沸石吸附氨氮的效能。

3、結論

①沸石(shi)的(de)種類和(he)粒徑(jing)會影響對氨(an)(an)氮的(de)吸附，同(tong)一(yi)種沸石(shi)，粒徑(jing)越小，目數越大，對氨(an)(an)氮的(de)去(qu)除(chu)率越高，但(dan)是過小的(de)粒徑(jing)會提高制水成本(ben)。

②雖(sui)然沸石投(tou)加(jia)量越大對氨氮的去除效果越好，但實際生產中要考慮(lv)經濟(ji)等多(duo)種(zhong)因素，應(ying)根(gen)據原水(shui)氨氮以(yi)及出(chu)水(shui)氨氮的限值(zhi)選擇合適的投(tou)加(jia)量，以(yi)保(bao)證(zheng)水(shui)質。

 ③沸石對(dui)(dui)氨氮的吸(xi)(xi)附(fu)作用可(ke)以分(fen)(fen)為快(kuai)速吸(xi)(xi)附(fu)、慢速吸(xi)(xi)附(fu)、相對(dui)(dui)平衡(heng)3個階(jie)段，其(qi)中快(kuai)速吸(xi)(xi)附(fu)在投(tou)加(jia)后幾分(fen)(fen)鐘內完成。在實(shi)際生產中，可(ke)靈活選擇(ze)投(tou)加(jia)點。

 ④調節原水由酸(suan)性變為(wei)中(zhong)性再變為(wei)堿性，沸石對氨(an)氮的去除率先升高后降(jiang)低，在接近中(zhong)性時(shi)去除率較高。

⑤沸(fei)石對(dui)水中陽(yang)離子(zi)都有吸附性能，電解質(zhi)的(de)(de)存在會影響沸(fei)石對(dui)氨(an)氮的(de)(de)吸附效果(guo)。電導率越大(da)，干(gan)擾(rao)陽(yang)離子(zi)越多，沸(fei)石對(dui)氨(an)氦(hai)的(de)(de)吸附效果(guo)越差(cha)。