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沸石去除氨氮的作用机理

发布时间:2019-11-07     浏览次数:111

随着我国经济建设的迅猛发展以及人口的剧增,用水量越来越大,必然产生大量的含有氨氮的生活污水和工业废水。大部分废水未经处理就直接排人天然水体,造成了水体的严重污染,产生富营养化,太湖蓝藻大爆发就是一个实例。另外,还会对给水工程及人类健康带来严重危害。因此,加强氨氮废水的治理已迫在眉睫,很多沿湖地区制定了相应的政策,如江苏省在太湖地区污水处理厂氨氮排放限值执行5mg/L的标准(DB32/1072—2007)。此外,有不少污水处理厂面临提标的问题,需要强化氨氮的去除。所以,有必要研究一种既经济又有效的氨氮去除技术。天然斜发沸石具有孔隙度高、比表面积大的特点,对氨氮具有很强的选择性离子交换能力,常用于脱除污水中的氨氮。1756年瑞典矿物学家CronstedAF最先发现了天然沸石,它是一种具有连通孔道的呈架状结构的含水硅铝酸盐矿物,具有高吸附性、高选择交换性、热稳定性、耐酸性、耐辐射性,以及成本低、储量大的特点。它的孔径均匀,会产生超孔效应,加上特殊的分子结构而形成较大静电引力,使沸石具有相当大的应力场。当沸石内部的孔穴和孔道一旦有“空缺”时沸石就会表现出对气体或液体具有很强的吸附能力,尤其是NH-N。常见的天然沸石、斜发沸石和丝光沸石等都具有很高的阳离子交换容量,对阳离子选择性如下:Cs+>Rb+>K+>NH4+>Sr2+>Na+>Ca2+>Fe3+>A13+>Mg2+>Li+。可见,沸石对NH4+具有很强的离子选择性。本文对沸石的脱氨氮机理及研究现状做一详细介绍。


沸石去除氨氮的作用机理

沸石孔径一般在0。4nm左右,大于这个孔径的分子和离子将不能进入,而NH:的离子半径为0。286nm,很容易进入沸石晶穴内部进行离子交换,沸石对氨氮具有很强的选择性吸附能力,其交换能力远大于活性炭和离子交换树脂。利用沸石的离子交换吸附能力去除废水中的氨氮包括吸附阶段和沸石再生阶段,沸石吸附氨氮阶段反应式为:

Zn-·Mn++nNH4+↔Zn-·nNH4+Mn+

式中,zn-为沸石;Mn+为沸石重金属阳离子;n为荷电数。

沸石再生有3种方法:

(1)化学再生,即用含有适当再生剂(HSO、HC1、HNO、NaOH、NaC1)的液相处理所用过的斜发沸石,化学再生的过程实际上是离子交换过程的逆过程,可表示如下:

NH4+Z-+X-→X+Z-+NH4+其中,z表示铝硅酸盐的阴离子格架;X表示Na或H。

(2)热再生,即将用过的沸石加热到不同的温度(300~600~C),沸石经热再生后,铵根去除能力有显著的提高。

(3)生物再生,应用沸石作为微生物载体,使硝化细菌附于其表面生长。这样由于硝化细菌的作用,水相中氨氮浓度逐渐降低,促使交换平衡发生逆转,已被交换吸附在沸石上的NH4被水中其他阳离子交换下来,被硝化细菌利用。这样沸石的离子交换容量得到了恢复。

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