濰坊市坊子區(qū)養(yǎng)殖水質(zhì)改良劑廠（濰坊沸石生物技術(shù)開發(fā)中心）
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斜發(fā)沸石在人工濕地項目中的應(yīng)用
信息來源：濰坊沸石生物技術(shù)開發(fā)中心 作者：
研究了沸石人工濕地系統(tǒng)和沸石柱系統(tǒng)中的飽和沸石的生物再生過程，模擬了系統(tǒng)中沸石生物再生時遵循的動力學(xué)方程，結(jié)果證明，沸石在濕地中再生比在沸石曝氣柱中再生效果好得多，而且沸石和土壤的不同的填載方式對沸石的再生具有重要影響。測定了濕地系統(tǒng)土壤陽離子交換容量、再生后沸石結(jié)構(gòu)中元素的種類和含量、沸石生物膜量以及沸石再生時系統(tǒng)中氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的濃度，探究了濕地系統(tǒng)中沸石生物再生的機(jī)理。測定了沸石再生后再次交換氨氮的能力，氨交換容量可恢復(fù)到原來的87.0%以上。
氮的去除是人工濕地技術(shù)所面臨的一個難題，研究報導(dǎo)的氮的去除率多在20%~95%之間。沸石人工濕地是提高氮去除率的一種新的濕地系統(tǒng)，目前已有人做了相關(guān)研究。然而沸石床人工濕地脫氮面臨這樣的問題，即在系統(tǒng)運(yùn)行前期沸石發(fā)揮主要作用時，氨氮的去除效果很好，等到沸石逐漸達(dá)到交換飽和，沸石就喪失了持續(xù)的去除氨氮的能力，濕地系統(tǒng)氨氮去除效果幾乎恢復(fù)到未加沸石填料時的水平。
本文主要解決濕地系統(tǒng)中飽和的沸石的再生問題，恢復(fù)沸石濕地對氨氮高去除率的優(yōu)勢。該系統(tǒng)處理污水可達(dá)到地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，亦可考慮解決城市污水廠在氣溫較低時出水氨氮濃度過高的問題，即將城市污水廠二級出水排入濕地系統(tǒng)，利用沸石濕地的強(qiáng)去除能力脫氮，待到污水廠處理效果達(dá)標(biāo)時停止向濕地排水，而利用濕地系統(tǒng)的綜合作用使沸石中的氨氮解析出，并在系統(tǒng)中消耗掉，使?jié)竦刂蟹惺匦芦@得交換吸附能力。即人工濕地可以暫時作為氮的儲存?zhèn)}庫，蓄滿后再利用人工濕地系統(tǒng)的綜合功能使沸石重新恢復(fù)交換氨氮的能力，這種在濕地系統(tǒng)中使沸石得到再生，并使從沸石中釋放出來的氨氮在系統(tǒng)中消耗掉，從而重新獲得高效、持續(xù)的脫氮能力，本試驗稱之為沸石人工濕地系統(tǒng)的脫氮調(diào)節(jié)再生功能
使沸石人工濕地中沸石重新獲得吸附交換氨氮的能力，涉及到沸石的再生問題，沸石的再生通常有以下幾種方法：濕法、氣提法、培燒法和生物法。
前三種方法在實驗室中是很容易實現(xiàn)的，但是對于沸石人工濕地是不現(xiàn)實的，因為將沸石從濕地中取出再生，然后再放回系統(tǒng)，實際中難以現(xiàn)實。只有利用生物法，包括濕地系統(tǒng)中的植物、微生物以及介質(zhì)的綜合作用使沸石再生得以實現(xiàn)。
目前實驗室中利用硝化細(xì)菌作用再生沸石已有研究報道，但是沸石在濕地中的生物再生過程以及動力學(xué)模型尚未見報道。
本試驗研究內(nèi)容涉及沸石在濕地床中生物再生的可行性和沸石生物再生動力學(xué)方程的模擬。
在沸石和土壤混勻狀態(tài)下，蘆葦沸石濕地系統(tǒng)和菖蒲沸石濕地系統(tǒng)對交換飽和的沸石的生物再生效果沒有明顯的差別。
沸石和土壤的填載方式對沸石的再生有較大的影響，在第120天時，分層狀態(tài)下的菖蒲沸石床的沸石中含的氨氮還有3.24 mg/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于混勻狀態(tài)下的沸石中的氨氮含量。主要是因為分層填載時，沸石周圍缺乏土壤，從而缺少大量可以與沸石中的氨氮進(jìn)行交換的土壤陽離子，結(jié)果影響沸石再生進(jìn)程。
在濕地系統(tǒng)中和在沸石柱中的沸石生物再生效果差異是很大的。因此在實際工程中，沸石床人工濕地中的沸石交換性能發(fā)揮的作用減弱時，出水氨氮濃度升高，達(dá)不到設(shè)計要求時，可將濕地系統(tǒng)停下來，進(jìn)水切換到平行的濕地系統(tǒng)，停止運(yùn)行的濕地利用濕地系統(tǒng)的綜合功能，使得沸石上的氨氮解析下來，大約需要3個月的時間即可恢復(fù)到原來的90%左右，又可以繼續(xù)接受進(jìn)水，去除氨氮。
濕地系統(tǒng)土壤陽離子交換性能
土壤的陽離子交換性能是由土壤膠體表面性質(zhì)所決定，由有機(jī)的交換基與無機(jī)的交換基所構(gòu)成，前者主要是腐殖質(zhì)酸，后者主要是粘土礦物。他們在土壤互相結(jié)合成復(fù)雜的有機(jī)無機(jī)膠質(zhì)復(fù)合體，所能吸收的陽離子總量包括交換性鹽基（主要是金屬與非金屬陽離子）和水解性酸，兩者總和即為陽離子交換量。
土壤陽離子交換量對于結(jié)合各種陽離子特別是去除廢水中的金屬離子發(fā)揮著重要的作用。在濕地中，土壤陽離子及陽離子交換性能對交換飽和的沸石再生起著重要作用。其交換過程是土壤固相陽離子與溶液中的陽離子發(fā)生交換作用，進(jìn)入溶液中的土壤陽離子又與沸石表面或者內(nèi)部的銨離子發(fā)生交換。
土壤陽離子交換性能主要是由土壤本身性質(zhì)所決定的。利用陽離子交換量大的土壤構(gòu)建沸石濕地系統(tǒng)對氨氮飽和沸石的再生起重要作用。
交換飽和的沸石在濕地中的生物再生過程可以描述如下
由于濕地系統(tǒng)進(jìn)不含NH4+的有機(jī)污水，沸石中的含NH4+量遠(yuǎn)高于沸石界外土壤中的含NH4+量，首先沸石表層結(jié)構(gòu)上的孔道和空腔中的NH4+與土壤中的或者穿過沸石表面生物膜的土壤陽離子發(fā)生離子交換，土壤陽離子開始占據(jù)NH4+空出的交換位，NH4+在移出沸石表面時，在沸石表面生物膜中的和土壤中的亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌作用下，發(fā)生硝化過程，使NH4+濃度降低，從而維持一定的界內(nèi)外NH4+濃度差。在開始階段，由于沸石中的NH4+含量很高，而且主要使沸石表層結(jié)構(gòu)中的交換位交換，所以這個交換速度是較快的，從圖1部分的沸石生物再生動力學(xué)模擬曲線得以證明。
隨著再生過程的延續(xù)，沸石外層結(jié)構(gòu)中的NH4+因發(fā)生離子交換而被土壤陽離子替代，交換逐漸向沸石內(nèi)部結(jié)構(gòu)擴(kuò)散，由于沸石深層的孔道和空腔較難利用，用NH4+交換時沸石深層中的NH4+就較少，所以在再生時，外界的土壤陽離子也不容易擴(kuò)散進(jìn)來，交換速率變得慢下來，圖1中曲線也顯示如此。在沸石中的NH4+含量降至0.45mg/g以下時，交換變得更加緩慢。
從試驗結(jié)果也可以得出，交換飽和的沸石生物再生以及交換下來的NH4+又在濕地系統(tǒng)中進(jìn)行硝化和反硝化得以去除的過程必不可少的兩個因素是：
（1）沸石界外必須具有可以與沸石中NH4+選擇性交換的土壤陽離子；
（2）沸石界面上生物膜中或直接與沸石接觸的土壤中應(yīng)該有硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌。
結(jié)果證明，交換飽和的沸石生物再生以及交換下來的NH4+又在濕地系統(tǒng)中進(jìn)行硝化和反硝化得以去除的過程必不可少的兩個因素是：
a、沸石界外必須具有可以與沸石中NH4+選擇性交換的土壤陽離子；
b、沸石界面上生物膜中或直接與沸石接觸的土壤中應(yīng)該有硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌。
(3) 沸石在濕地系統(tǒng)中經(jīng)過運(yùn)行后，逐漸達(dá)到交換飽和，利用濕地系統(tǒng)的綜合作用使之再生后，恢復(fù)程度與交換溶液的NH4+濃度有關(guān)。
雖然在濕地系統(tǒng)中，沸石交換了土壤中的陽離子，且種類繁多，但是沸石仍然具有很大的交換容量，其氨氮交換能力可以恢復(fù)到原來的87.0%以上。
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