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随着人类活动的增加,藻类、水生植物快速繁殖,湖泊、河流、池塘水体的富营养化现象日趋严重。本实验利用天然矿物沸石对富营养化的池塘水进行处理,取得较好的效果。实验期间的水样均采自佛山市某村的一个富营养化的池塘,沸石取自广东韶关某地的天然沸石。本实验研究的主要内容是分为以下三部分:
一是对实验所用沸石进行表征。利用X射线衍射分析(XRD),傅立叶变换红外分析(FTIR),热重分析(TG),比表面积的测定(BET)对选用的天然沸石进行了表征,测试其化学组成与物理形态特征,以确认它的类型,孔径等,结果表明所选用的沸石为斜发沸石,30目(粒径约为0.613mm)的沸石样品比表面积约为23.8460m2·g-1。
二是对天然沸石的吸附性能试验研究。通过静态实验研究其对铵离子的吸附特性,再根据数学分析,确定该沸石的铵吸附容量。结果表明,沸石对NH4+的吸附符合FretIndlich吸附等温式以及一级动力学反应方程,其氨吸附容量为6.07mg·g-1,总速率常数ka为0.18313mg(NH4+)·(g沸石·h)-1;
三是利用沸石对富营养化池塘水进行处理的实验研究。实验模拟村庄池塘水富营养化的形成过程,随着富营养化水体中N,P的增加使富营养化程度增加,首先进行对比实验,仅利用富营养水体的自净能力对水体中的氨氮进行处理的效果与加入沸石的处理效果进行对比,实验表明水体的自净能力有较大限制,在47天去除率降为1%,而加入沸石后对水体中的氨氮一直有较高的去除率,在47天时仍能稳定在70%左右。然后分别利用三种沸石即天然沸石、人造沸石和改性沸石对富营养化水体进行处理,将处理水中氨氮,总磷,和COD的效果进行对比。实验发现,天然沸石与选用的人造沸石处理效果相差不大,改性沸石(镁盐和铝盐改性)能对总P有较好的处理效果,但去除氨氮和CODCr的效果较差。实验中发现用沸石进行处理期间能形成生物膜,观察覆盖在沸石的生物膜的形态并进行了初步的分析。结果表明天然沸石,人造沸石和改性沸石(灼烧)能有效地去除水中的氨氮,其作用机理可能包括离子交换和生物硝化两种作用,覆盖着生物膜的沸石,对氨氮的去除率能稳定在90%左右,对CODCr的去除率稳定在65%左右,其作用机理可能是在前期沸石主要靠过滤,截留和吸附作用去除CODCr,后期由于沸石上覆盖着生物膜沸石对有机物的去除主要是沸石的吸附和生物共同作用的结果。生物膜-沸石具有再生性,其吸附过程与新鲜沸石很相近。
实验结果为沸石应用于富营养池塘水体中提供一定的理论依据,天然沸石由于其价格低廉,处理效果较好,使用后的沸石可以进行生物再生,因此具有一定的市场应用价值。