利用沸石的離子交換性能去除廢水中氨氮并進(jìn)行生物再生不僅具有處理效率高、節(jié)省再生藥劑等優(yōu)點(diǎn)，而且可以回收氮，在廢水處理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。沸石的生物再生實(shí)質(zhì)上是化學(xué)和生物再生的結(jié)合，每一步都需優(yōu)化。目前，沸石的生物再生還處于研究階段，而運(yùn)用于工程實(shí)際還需進(jìn)一步研究：

①進(jìn)一步優(yōu)化天然沸石的生物再生工藝。克服由于溶解氧濃度較低而限制了硝化速率及污水中競(jìng)爭(zhēng)性陽(yáng)離子對(duì)沸石去除NH4+的干擾等問(wèn)題。

②在長(zhǎng)期運(yùn)行中，生物膜的存在是否會(huì)影響沸石的離子交換能力還需進(jìn)一步考察。

一、沸石的化學(xué)再生

目前多采用濕法進(jìn)行沸石的再生。研究后認(rèn)為pH=12.5時(shí)的再生效果最好。推薦采用NaCl和NaOH的混合物作為再生鹽，比單獨(dú)使用NaCl可以減少90%的再生鹽用量。而使用腐蝕性的再生液會(huì)對(duì)沸石造成一定的磨損。發(fā)現(xiàn)再生流速在4～20BV(bedvolume)/h時(shí)再生效果與流速無(wú)關(guān)。得出類似結(jié)果。發(fā)現(xiàn)采用0.34mol/L的NaCl再生液，再生流速為5BV/h，需再生4h；但流速提高到7BV/h時(shí)，只需1.4h。采用的負(fù)荷為150～180BV，再生間隔為12h。采用的方法為3h再生一次，負(fù)荷為80BV。推薦使用Ca(OH)2做為再生液，但認(rèn)為鈉離子比鈣離子再生沸石更快，更有效。

二、生物再生

1、原理

所謂生物再生，實(shí)際上是化學(xué)再生和硝化菌硝化作用的結(jié)合。其優(yōu)點(diǎn)是可以降低鹽的消耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硝化速率和水中的NH4+濃度有關(guān)，而與沸石表面吸附的NH4+量無(wú)關(guān)，同時(shí)水中NH4+濃度又會(huì)影響沸石表面NH4+的離子交換過(guò)程。其反應(yīng)過(guò)程可用下式表示：[Z]NH4++NaHCO3←→[Z]Na++NH4++HCO3-(離子交換)NH4++2O2→NO3-+2H++H2O(總硝化反應(yīng))兩個(gè)反應(yīng)結(jié)合如下式：

[Z]NH4++2O2+2NaHCO3→[Z]Na++NO3-+Na++3H2O+2CO2(離子交換和硝化反應(yīng))

2、生物再生工藝發(fā)展

將沸石放于實(shí)驗(yàn)柱中去除NH4+，當(dāng)吸附飽和后用泵把曝氣槽中的硝化污泥由底部抽入實(shí)驗(yàn)柱中，保持一定的流速使沸石處于流化狀態(tài)。硝化污泥中含有0.3mol/L的NaNO3，再生后硝化污泥回流入曝氣槽使NH4+硝化。硝化過(guò)程中投加Na2CO3補(bǔ)充堿度。沸石再生后反沖洗去除污泥。

前期反沖洗水流入曝氣槽中，后面的需排掉。以上實(shí)驗(yàn)的再生時(shí)間只受硝化速率的限制，因離子交換速度大于硝化速率。如果再生時(shí)間≤2h，生物再生不如化學(xué)再生有效，這是由于Ca2+、Mg2+積累的緣故。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)散發(fā)惡臭，沸石的交換容量也會(huì)下降。

上述操作比較簡(jiǎn)單，但也存在某些問(wèn)題。例如，曝氣槽中NH4+濃度不穩(wěn)定，較高濃度的NH4+如果不能全部被硝化，在以后的再生中又會(huì)重新被沸石吸附。

②對(duì)再生液進(jìn)行生物再生的工藝流程。

再生液進(jìn)行生物再生流程為了克服缺點(diǎn)，又對(duì)上述流程進(jìn)行了改進(jìn)，即將硝化和離子交換過(guò)程分開。將吸附飽和的沸石用0.3mol/LNaNO3進(jìn)行再生。再生廢液流入曝氣池，投加Na2CO3補(bǔ)充堿度進(jìn)行硝化。硝化后的再生液與硝化污泥分開，留待下一次再生時(shí)使用。此工藝雖然復(fù)雜，但有很多優(yōu)點(diǎn)：首先避免了硝化菌和沸石的接觸，因此沸石不會(huì)發(fā)生惡臭；其次縮短了再生時(shí)間，離子交換和硝化的分離將使得每一個(gè)步驟得到優(yōu)化，并且減少了硝化池的體積。

的實(shí)驗(yàn)在43個(gè)再生周期中，99%的NH4+被去除，無(wú)臭味產(chǎn)生，也無(wú)沸石交換容量的下降，但再生液中Ca2+、Mg2+的積累引起了NH4+的泄露。結(jié)論認(rèn)為，影響溶液中陽(yáng)離子濃度的因素有：再生鹽的消耗速率、微生物對(duì)陽(yáng)離子的消耗速率、化學(xué)沉淀速率、再生液的含鹽量，廢水的離子濃度和沸石的交換性能等。

③在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行生物再生。

在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行生物再生流程將沸石的離子交換和生物再生過(guò)程在同一個(gè)裝置中進(jìn)行，此時(shí)反應(yīng)器分兩階段運(yùn)行。第一階段，進(jìn)行離子交換去除水中NH4+-N。在第二階段，反應(yīng)器以流化床形式運(yùn)行，投加NaH2CO3和充氧，使飽和的沸石進(jìn)行生物再生。由于NH4+被氧化成NO3-，因此再生液可循環(huán)使用。在兩個(gè)階段末期均要進(jìn)行反沖洗。再生階段排出的反沖洗水富含NO3-，可排入農(nóng)田或反硝化池。

運(yùn)行結(jié)果表明，在第一階段可去除95%的氨氮(停留時(shí)間為2min)，沸石表面生長(zhǎng)了大量的硝化菌。發(fā)現(xiàn)：沸石沒(méi)有因覆蓋生物膜而影響交換容量，水中競(jìng)爭(zhēng)性陽(yáng)離子強(qiáng)烈影響著去除效率，水中陽(yáng)離子濃度達(dá)到平衡，不需要添加鈉鹽進(jìn)行緩沖。通過(guò)解吸實(shí)驗(yàn)表明，含1×104mgNa/L的再生液要比含2440mgNa/L的再生液的再生效果好，然而硝化步驟限制了再生時(shí)間。進(jìn)一步研究表明，0.05mol/L的NaNO3(1150mgNa/L)足夠維持最大的硝化速率，高濃度的鈉鹽并不能減少再生時(shí)間，硝化過(guò)程中的COD成為整個(gè)過(guò)程的限制因素。