生物脱氮已经成为大型城市污水厂脱氮的主流工艺，具体的工艺包括单一缺氧池活性污泥脱氮工艺、双缺氧池和三缺氧池活性污泥工艺、氧化沟生物脱氮工艺和SBR生物脱氮工艺，这些工艺均存在水力停留时间长，冬季低温运行效率低等问题。上海市区现有城市污水处理厂原有设计仅能去除有机物，曝气池水力停留时间短，现有生物脱氮工艺无法保证在原有设计处理能力的前提下实现脱氮。
沸石是一种天然矿物，它对水中的铵离子具有选择吸附作用，在城市污水处理过程中可以作为交换剂去除二级生物处理出水中的氨氮，吸附饱和后的沸石常用食盐再生。这种方法不仅操作复杂，而且再生液还需处理。为了解决该技术难题，我们把沸石的吸氨性能和活性污泥的生物作用相结合，开展了沸石强化生物脱氮新工艺的研究。
本文为该工艺研究的部分内容。由于目前应用于废水氨氮处理的沸石大多是大于1mm的沸石颗粒，很少有应用粒径小于011mm的沸石粉，相应的沸石粉吸氨性能研究也鲜有报道。本文研究了各种环境因素对沸石吸附氨氮的影响。
实验条件与方法
1、实验内容
本实验采用常用的粒径为200目沸石粉，分别对城市污水初沉池处理出水以及氨氮浓度相当的实验配置液在搅拌的状态吸附处理2h，测定吸附后溶液剩余氨氮浓度并计算沸石粉的吸铵量。
2、实验分析项目
实验的主要分析项目为氨氮浓度及化学需氧量(COD)。测定方法均采用国家环境保护总局的水与废水监测分析标准方法。
实验结果和分析
1、不同产地的沸石氨氮交换能力
采用了山东、浙江、河南、河北四地的沸石，进行沸石氨氮交换容量的实验比较。
不同产地的沸石由于其成因不同，形成的沸石结构和组成也有所不同。沸石的类型不同其氨氮交换容量也有所不同。本实验没有对沸石的结构进行分析，只是从沸石对氨氮交换能力方面考察各地的沸石，然后进行筛选，以确定以后实验使用的沸石。单从沸石的氨氮交换容量来看，浙江某地的沸石其氨氮交换容量最高，因此实验中除非特别说明实验均采用浙江产的沸石。最新发现承德木兰围场县国投盛世沸石矿吸氨值均值在120左右。
2、粒径对沸石吸附氨氮的影响
采用180～200目，80～100目，60～80目，40～60目四种粒径的沸石进行氨氮等温交换吸附的对比实验，考查粒径对氨氮交换的影响。
实验结果表明：
(1)粒径对平衡交换容量有较大影响，交换容量的大小与粒径的大小成反比，在一定的粒径范围内沸石交换容量与粒径成线性关系；
(2)四种粒径的等温交换曲线均为上凸形，对氨氮的交换有利；
(3)平衡状态下，当溶液相中的氨氮浓度较低时，粒径对沸石交换容量的影响较小，当溶液中氨氮浓度较高时，粒径对氨氮交换量的影响较大；
(4)180～200目沸石的氨氮交换容量最大，市场上不同粒径沸石的价格差异很小，考虑到动力搅拌的问题，生物实验中采用180～200目的沸石比较适宜。
3、起始氨氮浓度和沸石粉浓度对沸石吸氨量的影响
实验考察了不同起始氨氮浓度和沸石粉浓度对氨氮吸附的影响。
实验结果显示，在沸石粉浓度维持在4g/L不变时，沸石吸氨量随着起始浓度的增加而增加，但氨氮浓度到了46mg/L后，吸附量增加的速率趋缓；起始氨氮浓度一定时，沸石吸氨量随着沸石粉浓度的增加而减少。
4、钾、钠离子对沸石氨氮交换的影响
沸石是一种阳离子交换剂，对于各种离子的选择交换顺序如下：
Cs+>Rb+>K+>NH4+>Sr+>Na+>Ca2+>Fe3+>Al3+>Mg2+>Li+城市污水中，K+和Na+有可能影响沸石对NH4+的吸附。对于大部分城市污水来讲，[K+]/[NH4+]<1，[Na+]/[NH4+]在015～3之间，因而本实验考察[K+]/[NH4+]、[Na+]/[NH4+]等于1时，钾、钠离子对氨氮等温交换性能的影响。
实验结果显示，沸石对钾离子的选择性略优于对铵离子的选择性，曲线成下凹形；沸石对铵离子的选择性优于对钠离子的选择性，等温线保持上凹形。在有钾、钠离子的竞争时，沸石吸氨量大幅降低，可以理解为阳离子离子总量的增加导致氨氮交换量降低。因为沸石对阳离子的总交换量是不变的，其它阳离子的竞争必然造成氨氮交换量的降低。
5、pH对沸石氨氮交换吸附的影响
pH值对沸石吸氨量有三方面的影响：(1)当pH值低时，水中H+增加，跟铵离子竞争吸附，不利于沸石吸附铵离子；(2)pH值升高，使沸石矿物表面带的负电荷增加，有利于吸附铵离子；(3)pH值升高会使平衡OH-+NH4+←→H2O+NH3向右转移，使水中铵离子浓度减少，不利于吸附。实验结果表明：当进水pH值在5～8之间时，pH的变化对沸石氨氮交换能力的影响不大，沸石对氨氮的交换性能最佳。
6、温度对沸石氨氮交换能力的影响
沸石对铵离子的吸附主要为物理吸附过程和离子交换过程。物理过程是放热过程，温度升高吸附量减少。离子交换过程可分为三个阶段：颗粒外部扩散(又称膜扩散)过程；颗粒内部扩散(又称孔扩散)过程；离子交换反应过程。水温高虽可以加速离子的扩散，但由于离子交换反应的复杂性，特别是当交换速度取决于孔扩散时，扩散系数受交换量、离子的选择性、离子的相互作用、孔径等因素的影响，用纯数学的方法来处理交换速度的问题就比较困难。本实验仅从实验结果分析温度对沸石的氨氮交换影响。下表的结果表明：温度对沸石的氨氮交换容量有少许的影响，但影响不大。如条件允许，给足交换反应时间，即可消除温度对氨氮交换容量的影响。
7、城市污水有机物等物质对沸石氨氮交换能力的影响
污水组分复杂，不仅有表面活性剂、盐分、石油类等物质的影响，有非溶解性有机物和难降解有机物的附着、粘附以及氨氮、溶解性COD、各种阳离子等竞争性吸附，吸附的影响因素多。
当吸附时间为30min时，沸石吸附氨氮的趋势较为相似，但吸附速率和吸附量不同，膜过滤液吸附速率快，吸附量也大，而膜浓缩液相对要低一些。说明污水组分对沸石的吸附有影响。膜浓缩液为颗粒状有机污染物，其容易被沸石表面粘附、附着，而在沸石表面形成有机物的界面层，从而影响氮的传质和吸附效果。
目前应用于废水氨氮处理的沸石大多是大于1mm的沸石颗粒，很少有应用粒径小于0.1mm的沸石粉。本文研究了沸石粉粒径、起始氨氮浓度、钾钠离子、pH值、温度、城市污水有机物等因素对沸石粉吸附氨氮能力的影响，为沸石粉的应用奠定理论基础。研究结果表明：
1、粒径对平衡交换容量有较大影响，交换容量的大小与粒径的大小成反比，在一定的粒径范围内沸石交换容量与粒径成线性关系。
2、在沸石粉浓度不变时，沸石吸氨量随着起始浓度的增加而增加，但氨氮浓度到了46mg/L后，吸附量增加的速率趋缓；起始氨氮浓度一定时，沸石吸氨量随着沸石粉浓度的增加而减少。
3、沸石对钾离子的选择性略优于对铵离子的选择性，曲线成下凹形；沸石对铵离子的选择性优于对钠离子的选择性，等温线保持上凹形。在有钾、钠离子的竞争时，沸石吸氨量大幅度降低。
4、当pH值在5～8之间时，pH的变化对沸石氨氮交换能力的影响不大，沸石对氨氮的交换性能最佳。
5、温度对沸石的氨氮交换容量有少许的影响，但影响不大。
6、城市污水中的有机物对沸石粉吸附氨氮有一定影响。
