稀土改性沸石对模拟废水脱氮除磷效果研究
摘要：沸石不仅在自然界中广泛分布，而且在水和废水处理中也得到广泛的应用。该文介绍了天然沸石的几种主要改性方法，包括物理改性、酸改性、碱改性、盐改性、稀土改性和有机阳离子表面活性剂改性。以沸石为载体、稀土元素为活性组分，通过浸渍、干燥、焙烧、筛分等工序后制成了污水脱氮除磷的稀土吸附剂。结果表明：稀土吸附剂对磷的吸附容量由沸石的2mg/g 提高到25mg/g，而对氨氮的吸附容量提高较小(1～3mg/g)。当进水氨氮10mg/L、磷5mg/L、pH4～7时，经稀土吸附剂处理后的出水pH 6～9、氮磷的去除率分别达到80%和99%。当稀土吸附剂再生10次时，脱氮效率是新鲜稀土吸附剂的90%，除磷效率则为80%。
关键词：改性沸石 脱氮 除磷 机理
一、文献综述
近年来，随着经济迅猛发展，大量含有氮磷的生活污水、工业废水和农田地表水径流汇入湖泊、水库、河流和海湾水域，导致水体的富营养化。据统计，中国主要湖泊处于氮磷污染而导致富营养化的占统计湖泊的 56%之多。有研究表明，湖泊、水库中80%以上的氮磷来自于人类的污水排放，因此，污水脱氮除磷技术成为当今污水处理领域的一个研究热点。 稀土在环保中应用于污水治理已逐渐成为一个新的技术热点。研究表明，水合氧化镧对正磷酸盐有较大的吸附容量；同时，沸石作为污水处理材料，也在污水脱氮方面的应用做了深入的研究。但对于这二者结合的研究较少。本研究将针对改性稀土与沸石配制后制剂在污水脱氮除磷效果进行实验研究。
氮磷营养盐造成的水体富营养化问题日益严重，导致太湖等湖泊连续发生蓝藻爆发，因而废水中氮和磷含量的控制问题日渐受到重视。天然沸石因其在地壳中丰富的储备、低廉的成本、较强的离子交换和选择吸附性能，在水处理系统中得到了广泛的应用。
沸石骨架主要由氧硅（SiO4）四面体和氧铝（AlO4）四面体通过顶点的氧原子相互联接而成。由于 AlO4产生的过量负电荷，需要由阳离子来中和，因此沸石内部通道和空隙中存在可交换的阳离子，且与沸石骨架联系较弱。天然沸石孔径一般在0.4 nm 左右，大于这个孔径的分子和离子将不能进入。NH4 的离子半径为0.286 nm，可以进入沸石的内部孔道进行离子交换，因此天然沸石对氨氮有较强的选择吸附性。但是天然沸石形成时由于受外界环境条件的影响，孔道不够均匀且相互连通的程度也较差，孔道因含杂质而阻塞。为提高天然沸石的吸附、离子交换等性能，必须对天然沸石进行改性处理。另外水中的磷主要以磷酸盐的形式存在，沸石硅铝结构带负电荷，对磷酸盐的吸附性差。研究沸石改性提高对磷的去除，是推广沸石这种环境友好型材料用于水处理的关键。
稀土改性沸石可以同时进行脱氮除磷，其脱氮效果要低于盐改性沸石。目前将稀土改性沸石用于废水中脱氮除磷的研究较少，稀土改性的优化条件还有待进一步研究和探讨。表面活性剂改性沸石的成本较高，一般用于去除水中重金属离子、含氧酸阴离子和有机物（如铬酸盐、腐殖酸、苯酚、PCE等）。目前，有研究应用表面活性剂改性沸石去除硝酸盐氮，并取得了很好的试验结果。表面活性剂改性沸石对硝酸盐的吸附是一个自发、吸热过程，对硝酸盐的去除率提高了8～18倍。
N。 Miladinovic 等研究了去除有盐存在下废水中的氨氮，用 1％NaCl 溶液改性沸石，然后在30 ℃下干燥24 h，该改性沸石对氨氮有较高的去除率并能快速达到平衡，若溶液中存在Ca2 、Mg2 将会阻止氨氮的去除，那么K 的存在也会阻止氨氮的去除。
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