沸石是一種架狀結(jié)構(gòu)的多孔穴和通道的硅鋁酸鹽，在我國分布廣、儲量大，較易開采，而且價格低廉。由于沸石具有巨大的比表面積(400～800m2/g)，有良好的吸附、交換性能，并且還是一種極性吸附劑，可以吸附有極性的分子和細菌，對細菌有富集作用，因此沸石是一種理想的生物載體，已被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)及環(huán)境保護領(lǐng)域。將沸石與SBR結(jié)合起來，研究一種沸石強化SBR的生物處理工藝，以期能強化其生物脫氮功能，對開辟一條經(jīng)濟有效的污水處理新工藝具有重要的現(xiàn)實意義。
近年來，隨著國家新的污水處理綜合排放標準(GB18918-2002)的執(zhí)行，對污水排放尤其是城鎮(zhèn)污水處理排放的COD、氨氮和總氮等提出了更嚴格的要求。而現(xiàn)行的廢水處理工藝在生物脫氮時暴露出許多問題，如工藝流程長、控制復(fù)雜，運行成本高等。簡化脫氮工藝操作，降低運行成本，最大限度的去除氨氮，滿足污水處理的新要求已成為當今環(huán)境工作者所面臨的重要課題。
間歇式活性污泥法(SBR)在處理城市污水時通過好氧、厭氧或缺氧交替運行的方式，在有效去除有機物的同時，也能同時達到的脫氮效果。但在整個工藝過程中，操作、控制運行難度較大。因而，大多數(shù)情況下并不能達到預(yù)期脫氮效果，這是目前SBR工藝亟待解決的問題之一。
1、實驗部分
1.1實驗工藝流程和運行參數(shù)
工藝流程：污水→初沉池→SBR反應(yīng)器→出水。
運行參數(shù)：SBR運行周期為：曝氣6h、沉淀和排水3h、閑置2h。泥齡18d，污泥濃度3000～3500mg/L，pH值6.0～7.0，水溫20～22℃，SV：23%，SVI：68。
SBR：有效容積11.5L，透明有機玻璃制造。
1.2實驗方法
1.2.1沸石對有機物及氨氮的吸附
取一定量生活污水7000mL，加入一定濃度的氯化銨溶液，成為配制的混合溶液。將配制的混合溶液分成7等份，每份投加沸石1.6g。分別攪拌不同時間，分別檢測進、出水COD及NH3-N濃度，可以得出不同吸附時間下沸石對COD及NH3-N交換吸附容量，比較后即可得出最佳吸附平衡時間。
1.2.2沸石強化SBR脫氮與常規(guī)SBR生物脫氮的對比
在兩個相同的SBR反應(yīng)器中，采用相同的污水進水濃度，相同的菌種，接種培養(yǎng)相同的時間，其中一個為常規(guī)SBR反應(yīng)器，另一個在培養(yǎng)時投入沸石，為沸石強化SBR反應(yīng)器。在操作條件相同情況下，處理相同的污水，比較它們對有機物及氨氮的去除效果。
1.3分析方法
分析方法采用國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第3版)。
2、實驗結(jié)果與分析
2.1沸石對COD、氨氮的吸附
進水氨氮初始濃度為39.7mg/L。由圖1可知，沸石對氨氮表現(xiàn)出較好的吸附性能。隨著吸附時間的延長，沸石對氨氮的去除量也逐漸增加。在達到70min后，沸石的吸附量已基本接近飽和，對生活污水氨氮的最大吸附容量為4.6mg氨氮/g沸石，對氨氮最大去除率為18%。沸石在對生活污水中氨氮吸附的同時，也對COD發(fā)生吸附作用。
當進水COD濃度為389.6mg/L時，沸石的吸附作用使COD濃度迅速降低，隨著吸附反應(yīng)時間的延長，沸石對COD的去除量也逐漸增加，其吸附平衡時間為80min。這表明沸石不僅對氨氮有去除作用，也對COD表現(xiàn)出一定的去除能力。由于沸石是一種硅酸鹽礦物，其粉末顆粒表面具有晶體缺陷，Si、Al以及一些金屬離子的配位還未達到飽和，在水合作用下，其與水分子配位而吸附、粘附污水中的膠體物質(zhì)、顆粒物有機物等，使COD降低。
2.2沸石強化SBR與常規(guī)SBR生物脫氮的對比
常規(guī)SBR對氨氮去除率最高可達82%，最低64%，平均70%左右，SBR反應(yīng)器投加沸石后，含沸石污泥對氨氮有較好的吸附去除作用。氨氮去除率最高可達95%，最低78%，平均85%左右，高出未加沸石反應(yīng)器去除率15%，顯示投加沸石對生物脫氮有一定的強化作用。分析原因，除了前面談到的沸石具有物理吸附功能，能去除部分氨氮外，最重要的是沸石在此環(huán)境下的生物吸附與生物降解功能。
一方面，沸石粘附微生物后，形成沸石-生物復(fù)合體，微生物生長在沸石表面及內(nèi)孔，它能分泌胞外酶等物質(zhì)，粘附污水中的膠體物質(zhì)、顆粒有機物，同時降低水中膠體的Zeta電位，有利于水中膠體顆粒的凝聚、沉降，從而提高了SBR去除氨氮和COD的能力，此為生物吸附。另一方面，對氨氮的去除是由硝化細菌完成的。硝化細菌為世代周期長的自養(yǎng)好氧菌，其增殖速度較慢，遠低于異養(yǎng)好氧菌，通常情況下不易形成種群優(yōu)勢，這是造成常規(guī)SBR氨氮去除率不高的主要原因之一。沸石作為一種生物載體，利用其比表面積大的特點，可以有效的富集微生物，增加微生物尤其是硝化菌在反應(yīng)器中的濃度，從而提高了對氨氮的去除率。因此，沸石強化SBR對氨氮的去除是基于生物吸附和生物降解共同作用的結(jié)果。
沸石強化SBR反應(yīng)器對COD的平均去除率約為70%，常規(guī)SBR對COD的平均去除率約為59%，二者對COD的去除差異沒有對氨氮的去除那么大。原因是對有機物的去除是靠異養(yǎng)好氧菌完成，其增殖速度快，是水體中的優(yōu)勢菌種，在水中的濃度較高，因而沸石的生物富集作用表現(xiàn)不明顯而已。
3、結(jié)論
(1)沸石在靜態(tài)吸附條件下對生活污水氨氮的最大吸附容量為4.6mg氨氮/(g沸石)，吸附飽和時間約為70min，氨氮最大去除率為18%。
(2)沸石強化SBR反應(yīng)器運行測試結(jié)果表明，沸石的投加對生物脫氮有較好的強化作用，高出常規(guī)SBR對氨氮的去除率15%左右，同時對COD的去除也有一定的提高。
