采用天然沸石颗粒处理模拟氨氮废水，对比研究了常温和中高温下沸石吸附效果的差异，探讨了高温下吸附过程的热力学，并优化了高温下沸石吸附氨氮废水的操作工艺。究结果表明:天然沸石适合处理高温氨氮废水。
一、背景阐述
氨氮是指水中以游离氨(NH3)和铵根离子(NH4+)形式存在的氮。水体中的氨氮可导致水富营养化，是主要的耗氧污染物，因此对含氨氮的废水，特别是工业氨氮废水必须经处理后才能排放。工业氨氮废水，如工业循环冷却用水、焦化厂废水、食品加工厂废水及制药工厂废水等的共性是温度较高，都超过了45℃。但目前的废水处理方法，包括生物硝化/反硝化、树脂离子交换和化学沉淀等均不适合直接处理高温氨氮废水，需要预先对废水进行加水稀释冷却或热交换器降温处理，增加了处理工艺流程，加大了废水处理的成本。
天然沸石是一种呈结晶阴离子型架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质，在自然界中分布广泛，其结构中铝氧四面体结构的电负性使天然沸石极易吸附铵根离子等阳离子，且同时具有耐高温、耐酸碱等特性，因此在处理高温氨氮废水方面有潜在的应用前景。
二、天然沸石在高温氨氮中的吸附性能
不同温度下天然沸石对溶液中氨氮的平衡吸附效果如图1所示。由图1可以看出在常温阶段(35℃以下)，天然沸石对氨氮的吸附质量比为1.0mg/g左右。随着温度的升高，吸附质量比显著增大，在60℃以上达到2.0mg/g左右，并随着温度的继续升高维持在一定范围内。因此天然沸石适用于处理中高温氨氮废水，且在同等用量下，吸附效果明显优于常温下的吸附效果。这是由于温度的升高加速了溶液中和沸石上的分子和离子的热运动，提高了沸石对溶液中氨氮的吸附活性。
在Zeolite处理高温氨氮废水特别是循环冷却水过程中，沸石的大小直接影响进水阻力。同时天然沸石颗粒的粒径大小决定了沸石颗粒在溶液中与离子的接触面积，影响了天然沸石对溶液中氨氮的吸附量。选取不同粒径下的天然沸石对高温氨氮溶液进行吸附，吸附效果如图5所示。
由图5可知，随着沸石粒径的减小，天然沸石对溶液中氨氮的吸附速率和平衡吸附量均有显著增加。沸石粒径从8～10mm下降到1～2mm时，吸附质量比由1.3mg/g提高到2.1mg/g。而沸石粒径下降到0.5～1mm时，吸附效果基本不再增加。观察发现粒径为0.5～1mm时沸石颗粒在容器底部易团聚，从而影响天然沸石与溶液离子接触面积的提升。同时沸石作为滤料处理废水时，沸石粒径直接影响到进水阻力，粒径过小时，容易混入废水流失。因此综合考虑沸石破碎难易程度、吸附效果、进水阻力和流失难易等因素，选取最佳粒径为1～2mm。
由于高温吸附反应体系的影响，使得沸石对氨氮的吸附效果在碱性废水环境下吸附量明显降低。溶液中Ca2+的存在降低了沸石的吸附效果，而Mg2+和磷酸根对吸附效果基本无影响。另外，天然沸石对于氨氮吸附效果是明显优于活性炭和人造沸石的吸附效果。
