生物沸石在水處理中的應用
摘要：論述了生物沸石在微污染水和污廢水處理中的應用，并探討了生物沸石去除水中污染物質的機理及影響因素。沸石作為一種新型生物載體用于水處理領域．能有效地去除水中各種形態的氮和有機物等污染物質。
關鍵詞：水處理；生物沸石；影響因素；去除機理；應用
生物沸石是以沸石為載體．利用沸石載體上生長的高質量濃度生物膜．借助微生物的生物降解作用和沸石的吸附作用去除水中的有機物、氨氮等污染物質。天然沸石是含水多孑L硅鋁酸鹽的總稱，具有良好的吸附和離子交換性能[2]。而且沸石孔隙率高，比表面積大．表面粗糙[1]．對極性分子和細菌有富集作用，是一種比較理想的廉價生物載體和吸附劑，沸石作為一種新型的生物載體(形成生物沸石)應用于水處理領域．不僅能同時發揮沸石的吸附性能和沸石載體上的微生物作用，而且沸石載體上富集的微生物能使沸石斷得到生物再生．從而能提高反應器的性能閉。因此，生物沸石在水處理領域的應用研究已越來越廣泛。
1 生物沸石在微污染水處理中的應用
生物沸石用于微污染水源水的處理不僅能有效去除微污染水中的有機物、氨氮．而且對水中的鐵、錳、藻類等也有較好的去除效果．李德生等人進行了生物沸石反應器處理微污染水的模型試驗研究．結果表明：生物沸石反應器具有和生物活性炭、生物陶粒一樣的性能，對原水中NH4+-N、NO2--N、Mn、有機物、色度、濁度等去除率可分別達90．4% 、93．4% ，95% 、30%、72%、77%[3]。劉金香等人采用沸石曝氣生物濾池(ZBAF)處理微污染水源水的模型試驗結果表明：在水力停留時間為15-60 min．氣水比為l：l時，ZBAF對COD MN 、NH4+～N、UV254、濁度的平均去除率分別為31．2% 、94．8%、9．3%和67．1%[4]。汪勝等人進行了生物沸石濾池處理微污染水的中試研究，結果表明：水力
負荷對NH4+-N、COD MN鐵、錳、濁度的去除都有不同程度的影響。在最佳水力負荷為3．18 m3(m2．h）時．NH4+—N、COD MN鐵、錳、濁度的去除率分別為75．2% 、31．8%、27．8%、31．6%、48．2%閣。張金萍等人對生物沸石流化床和生物沸石固定床去除微污染水中有機物的效果進行了對比研究。試驗結果表明：生物沸石流化床工藝對微污染水源水中有機物的去除效果要優于生物沸石固定床工藝，生物沸石流化床對有機物COD MN的去除率在各種狀態下均比固定床高10%左右。但流化床較固定床運行操作麻煩，運行費用高[6]。劉金香等人的模型試驗研究表明：沸石和陶粒組合填料的曝氣生物濾池(ZCBAF)對微污染水的處理效果較好，在停留時間為30 min，氣水比為1時，CODUV254、NHI—N、濁度的平均去除率分別為32．25%、9．73% 、95．57% 、70．52%[7]。
2 生物沸石在污廢水處理中的應用
生物沸石能有效去除污廢水中的各種形式的氨氮、COD、SS等污染物質。田文華等人采用ZBAF處理生活污水的中試結果表明：在水力負荷為2．2 m3(m2·
h）時．該濾池對COD、NH4+一N和濁度的去除率分別可達73．9% 、88．4%和96．2%。而且NH；一N的去除效果受水力負荷的影響比COD和濁度的大[8]。陳月芳等人進行了沸石復合填料生物流化床處理生活污水的試驗研究。結果表明：當流化床深度處理生活污水處于穩定狀態時，出水CODcr質量濃度為l5．2～28．7m ，去除率為48%～84．5% ；出水氨氮質量濃度≤2 mg，L，去除率為92%～98%t9~。杜爾登等人的實驗研究表明：在氣水比為3，水力負荷為l m3(m2·h)，溫度>20~C情況下，ZBAF對城市污水處理廠二級生化出水COD的去除率為12．7% ，氨氮的去除率為96．6%[10]。朱丹探討了生物沸石床對農村生活污水中各種形態氮及COD等污染物的去除效果。結果表明：生物沸石床對氨氮、硝氮、TN、COD均有不同程度的去除，對氨氮的去除作用尤為明顯，最大可達97．07%t“1。we—seok chang等人經過5個月的中試結果表明：在水力負荷為1．83 m3
(m2 ·h)時，ZBAF對紡織廢水中BOD、COD、SS和T—N的去除率分別為99%92%、74%和92%t 。安立超等人采用沸石填料間歇硝化反應器去除污水中的氨氮。試驗結果表明：反應器連續運行期間，出水氨氮質量濃度基本在l mgL以下，而氨氮去除率均保持在97% 以上[2]。
3 生物沸石去除污染物機理
沸石對NH4+-N的去除可以從其結構上加以說明，構成沸石的基本單元為硅氧四面體(SiO4)和鋁氧四面體(ALO4)，沸石晶格內部具有眾多的孔穴和通道，占沸石整體結構的50%以上，其大小均勻、固定，使得沸石具有選擇吸附的功能．而且沸石孔穴中陽離子的存在使其具有離子交換的特性。因此。天然沸石對N磁一N的去除主要是依靠化學吸附和離子交換作用[12]。在生物沸石反應器中，沸石表面在形成生物膜后，仍具有吸附和離子交換NH，一N的作用，同時在生物膜內由于硝化細菌的存在，有可能將水體進入膜相的NH3—N直接硝化，在這種協同作用下．水中的NH3 一N在生物沸石反應器內部能得到較好的去除。
對硝氮的去除主要依賴沸石載體上微生物的反硝化作用。反硝化作用主要依靠反硝化菌(兼性厭氧菌)完成，當污水需要脫氮時，亞硝酸氮和硝酸氮可通過反硝化作用轉化為氮氣最終回到自然界。
生物沸石對COD的去除主要依靠沸石載體上的微生物作用，主要有以下幾個方面：(1)微生物對小分子有機物的降解。(2)微生物胞外酶對大分子有機物的分解作用。(3)生物吸附絮凝作用。(4)生物沸石脫氮時對碳源的消耗。
4 生物沸石去除水中污染物質的主要影響因素
影響生物沸石反應器處理微污染水效果的主要因素有水力負荷(濾速)、沖擊負荷、氣水比、沸石粒徑、填料高度、水溫等。許多文獻[5、8、10、13]究表明：生物沸石反應器對水中氨氮的去除效果受水力負荷和水溫的影響較大．水力負荷的提高和水溫的下降．氨氮的去除率明顯下降；而COD的去除效果受水力負荷和水溫的影響不大。如汪勝等人進行了生物沸石濾池處理微污染水的中試研究。結果表明：溫度和水力負荷對氨氮的去除效果率有較大的影響。當水力負荷從1．06 m3/(m2。h)增至4．24 m3/(m2-h)時，NH4+一N的去除率下降了47．9%[5]。田文華等人采用ZBAF工藝處理低質量濃度生活污水，試驗結果表明：水力停留時間和氣水比對BOD5、CODcr和濁度去除率的影響不大，但對NH3-—N的去除率影響較大[13]。而張曦等人的試驗結果表明：生物沸石床對模擬的村鎮生活污水中NH4+一N的去除受水力停留時間的影響小，而NH3-—N、TN、COD的去除則受水力停留時間的影響較大。在水力停留時間為24 h時．10 h內生物沸石對NHZ—N的去除率大于96% ．對NO3-一N、TN及COD的去除率均超過60%、70%和65%；而水力停留時間為2．4 h時，10 h內對NH4+一N的去除率仍大于95% ，對NO3-—N、TN及COD的去除率分別減至22．1%～34．7%、56%和55%[14]。李德生等人探討了濾速、填料高度對生物沸石反應器去除效果的影響。試驗發現：生物沸石反應器處理微污染水的最佳過濾速度為8～10 mh．最佳填料填充高度為600～80o0mm [3]。劉金香等人的研究結果表明：ZBAF(曝氣生物濾池)處理微污染水的最佳水力停留時間為30rain，氣水比為1[4]。田文華等人探討了沸石粒徑對生物沸石處理效果的影響[14]。中試結果表明：粒徑為2～3 mm沸石BAF(曝氣生物濾池)對生活污水中氨氮的去除率比粒徑為4～5 mm的高．而且同一條件下2～3 mm濾料的BAF比4～5 mm濾料的硝化強度大39．7%。在硝化濾池中，選擇粒徑為2～3 mm的沸石濾料比較適宜，既不影響運行周期．又提高了硝化性能。
5 結語
生物沸石用于水處理，不僅能有效去除水中的COD、氨氮等污染物質，而且抗沖擊負荷的能力強，其去除效果與其他生物載體相比具有明顯優勢。另外，沸石作為一種新型的生物載體，易開發，在我國分布廣．價格低廉，無毒副作用。生物沸石在水處理領域中將有十分廣闊的應用前景。
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