氮磷是水体浮游植物生长所必需的营养元素,当水体中氮磷浓度过高时, 会导致浮游植物的大量繁殖,从而引起水体的富营养化。因此,有效去除废水中的氮磷, 对于水体富营养化的防治具有重要意义。氨氮和磷酸盐是废水中氮和磷的主要存在形态之一。废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。废水中磷酸盐的去除方法主要包括生物法、化学沉淀法、结晶法和吸附法等。其中,吸附法是去除废水中氨氮和磷酸盐的有效去除方法。天然沸石是一种多孔性水合铝硅酸盐矿物, 它的骨架由硅氧四面体 和铝氧四面体所构成。当硅氧四面体中心的四价硅被三价铝取代后,沸石骨架会产生过剩的负电荷,而过剩的负电荷通常由一价或二价阳离子( Na+、K+、Mg2+和Ca2+等) 所平衡。因此,天然沸石通常具备较强的阳离子交换性能。
通过观察天然沸石对氨氮和磷酸盐的吸附动力学曲线,可以看出, 反应初期阶段天然沸石对氨氮和磷酸盐的单位吸附量随反应时间的增加显著上升, 此后逐渐趋于平缓, 直到吸附平衡, 说明天然沸石对氨氮和磷酸盐的吸附去除具备“快速吸附, 缓慢平衡”的特点。
并且根据实验可知, 沸石吸附氨氮是一种快速吸附、缓慢平衡的过程, 在开始前 3 h, 沸石对废水中氨氮的吸附速率随时间的延长而迅速增加, 斜发沸石对氨氮的去除率达到 92. 71% ,进一步延长反应时间吸附速率增加缓慢,这是因为当斜发沸石吸附溶液中的 NH4+ 达到饱和后, 溶液中会有离子交换和吸附平衡, 此时延长时间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变,时可认为, 沸石吸附饱和,此时对氨氮的去除率为 93.61% ,因此选吸附时间为3h。
另外,通过实验可知,增加沸石的投加量,可以增加氨氮的去除率,但是沸石的单位吸附量会下降,而减小沸石的粒径可以提高沸石的吸附量。通过动态吸附柱实验,研究了沸石的穿透曲线,在装入粒径为 1~2 mm 的沸石 100 g,以 10 mL·min-1流量加入氨氮浓度为 50 mg·L -1 NH4Cl 溶液的条件下,经过 96 h 沸石柱被完全穿透,根据穿透曲线计算出沸石的“动态饱和吸附量”约为 18.8 mg·g-1。由于沸石具有交换吸附的特性,今后将在阳离子对沸石吸附的影响和沸石改性等方面开展进一步研究,并将沸石作为吸附基质材料,进行水体富营养化治理和水产养殖污水处理等实际应用研究。