沸石滤料对黄河原水的处理效果

摘要：就沸石和石英砂滤料对黄河原水中的浊度、有机物、氨氮的去除效果及过滤中的水头损失情况进行了对比试验，结果表明，粒径为0.5~2mm的沸石对水中氨氮的去除效果明显优于同粒径的石英砂，对浊度、有机物的稳定去除效果与石英砂基本相同，且水头损失小、运行周期长是适宜的新型滤料。

除可作为离子交换剂用于水处理之外，沸石还以其比表面积大、吸附能力强、表面粗糙等特点而用作滤料，故了解其过滤性能极具现实意义。

1 原水水质

试验原水为黄河水，其水质见表1。

表1 原水水质

2 试验装置

试验装置及流程见图1。

试验采用下向流方式运行。沸石、石英砂过滤器均采用内径为100mm，高为2m的有机玻璃柱，滤料粒径均为0.5~2mm，滤层高度均为1.2m，每隔10cm设一测压管。所用的天然沸石已经盐洗、干燥处理。

进水流量由流量计控制。采用恒水头过滤方式，水力负荷为10m³/（m²·h）。

试验采用简单的水反冲洗方式，反冲时滤床膨胀率达50%，并维持10min。

3 结果及讨论

进行了加药和不加药两组直接过滤试验。试验前分别采用硫酸铝、碱式氯化铝、PAM等混凝剂做了混凝烧杯试验选取硫酸铝为混凝剂投加量为15mg/L。

3.1 对浊度的去除

不加药直接过滤时，在一个过滤周期内砂滤与沸石对浊度的去除情况见图2。

由图2可知，在相同的过滤条件下，天然沸石对浊度的稳定去除效果与石英砂相差不大，但其过滤周期约为石英砂的两倍。若采用硫酸铝为混凝剂正常运行时二者的出水浊度都能控制在3NTU以下。试验中可观察到过滤的前3h内石英砂的效果略优，这可能是因为在石英砂的粒度分布中细砂占优势。

3.2 对有机物的去除

沸石对有机物的去除效果略优于石英砂，前者对COD_Mn的去除率为10%~15%，而后者约为8%。

3.3 对NH₃-N的去除

图3表明沸石对NH₃-N的去除效果明显优于石英砂。在运行开始时，沸石床对NH₃-N的去除率可达95%，但随着时间的延长去除效果逐渐下降运行5h左右时去除率降至55%，并可维持相当长的时间。而砂滤对NH₃-N的去除率则很低（约为8%）。

3.4 水头损失

在过滤过程中，由于污染物颗粒的滞留水头损失随时间的延长而变大，并且随滤料粒径、过滤速率和滤料孔隙率的不同而变化。与石英砂过滤相比，沸石的水力特性较好。不加药时沸石和石英砂滤层的阻力变化情况见图4。试验表明，在原水浊度为35NTU、滤速为10m/h的情况下，沸石在过滤开始后5h内总水头损失不超过9kPa，而同期内砂滤的水头损失已经超过15kPa，此时需要停止运行并进行反冲。这是因为沸石的孔隙率大、孔径分布合理而使深层滤料的截污能力可以得到充分发挥，故过滤周期更长、产水量更大。

一个运行周期结束后，可用水反冲沸石床，控制膨胀率为50%并维持10min。反冲后沸石去除浊度和有机物的能力得到了恢复，但交换、吸附氨氮的能力显著下降，需要经过再生才能继续发挥作用[可采用Ca(OH)₂、NaCl湿法再生。

4 结语

通过对比试验研究了沸石和石英砂直接过滤对水中浊度、有机物、氨氮的去除效果及过滤中的水头损失情况，结果表明，粒径为0.5~2mm的沸石对浊度、有机物的去除效果与同粒径的石英砂相比差别不大，但对水中氨氮的去除效果明显优于石英砂，且水头损失小、运行周期长、是适宜的新型滤料。