沸石在厭氧生物處理中的應用介紹如下：

2.1厭氧生物處理-沸石組合工藝

厭氧處理對非有機組分如NH4+和PO43-的去除效果有限。為了彌補厭氧生物處理的不足，很多研究人員考慮用組合工藝處理污水。提出了一個完整的物理化學—生物組合系統處理城市廢水的觀點。城市廢水先用化學方法預處理(CEPT)，以去除大部分P和部分COD。然后用UASB處理，進水COD接近140mg/L，系統處理去除COD約55%，出水COD接近50mg/L。此外，在CEPT和UASB之后，沸石被用來處理氨氮。UASB之后的處理將導致100%的NH4+被去除。UASB出水通過沸石過濾，會導致殘留的有機物質氧化，出水COD從(53±28)mg/L降低到(45±6)mg/L。失去效能的沸石能應用在土地和土壤調節。

使用厭氧固定床(AFBR)和沸石濾床(ZBF)相結合處理養豬廠廢水。ZFB作為厭氧出水的后處理工序。AFBR階段COD和BOD的去除率分別為73%和77%。平均總的懸浮物和可沉淀的固體物質的去除率分別為63%和68%。ZFB階段平均COD去除率為23%，BOD去除率為33%，TSS的去除率為91%，可沉淀的固體去除率為83%。分析認為，因為沸石能起到小分子篩的作用，可以減少懸浮固體和小的顆粒，因而通過ZFB也能降低COD。

用沸石預處理養豬廠廢水，使氨氮從原來的1500mg/L降低到300~400mg/L。用UASB和UASB—AF去除有機物。指出用沸石離子交換預處理可以降低廢水的毒性，有利于微生物種群，從而提高UASB和UASB—AF的有機物去除量和氣體產量。同時，利用沸石預處理的廢水的堿度增大，出水循環增加了中間階段的緩沖能力。這是因為水中除了存在NH4+-N，還有NH3·H2O。NH3·H2O和NH4+-N處于平衡狀態，平衡方程為NH3·H2O!NH4++OH-。沸石吸附了NH4+，會造成平衡向右移動，這樣必然增加了OH-的濃度，導致出水pH升高。

根據我們把上流式厭氧顆粒污泥床(EGSB)與沸石吸附柱相結合處理城市廢水的實驗研究表明，通過沸石吸附柱的廢水pH升高，對進水pH的波動有很大的緩沖作用，出水pH在8.5左右。未通過沸石的出水只有CO32-和HCO3-堿度，總量(以CaCO3計，下同)為307.739mg/L，而通過沸石的出水OH-堿度為11.123mg/L，CO32-和HCO3-堿度為372.160mg/L，總量為383.283mg/L，總堿度升高。通過沸石的出水有OH-存在，所以有很強的中和作用。通過出水循環能極大地緩解低pH的進水對微生物的影響，甚至可以不去調節低pH的廢水，節省了很多費用。同時，沸石吸附柱對NH4+和P的去除也很明顯。特別對NH4+的去除效果非常好。這很好地解決了厭氧生物處理不能脫氮除磷的弊端。沸石失效后可以用5%的飽和NaCl溶液再生。用EGSB處理廢水，一般會造成因懸浮物增加使出水渾濁的現象。通過沸石柱的出水清澈，而且對厭氧處理后出水的臭味有很好的去除效果。我們用中速定性濾紙過濾水樣后，測得系統進水濁度為182.60NTU時，出水濁度為10.210NTU，未經過沸石的出水為216.40NTU。由此可見，沸石在厭氧生物處理組合工藝中的應用前景廣闊，有很大的研究和應用價值。

2.2厭氧生物處理中投加沸石

由于厭氧生物處理中投加沸石的情況比較復雜，我們從以下幾個因素分別來說明沸石的投加對厭氧生物處理的作用。

2.2.1沸石的加入量和粒徑

沸石對氨氮有很強的離子交換能力，通過加入天然沸石和改性沸石能增強廢水厭氧生物處理效率已經被很多作者提出。指出，沸石的加入有利于提高厭氧消化的效果，降低在降解蛋白質、氨基酸和尿素時產生的自由胺和氨離子的濃度。但沸石用量過大，將會增加介質表面的黏性，影響在沸石顆粒和微生物附近的有機物的傳遞，包括營養物和代謝物，使反應過程減速。氨離子被交換和吸附，自由胺隨著沸石加入的增加而增加，并且NH4+和NH3的平衡也能影響厭氧過程的表現。但有機氮對沸石投加量為0.2-8g/L的厭氧過程的影響很小。沸石能把Mg2+、Ca2+、Na+和NH4+通過離子交換作用交換到水中，通過吸附作用把NH3吸附在活性表面。因此，沸石能降低NH4+和NH3的濃度，減弱這些組分的阻礙作用，將有利于厭氧消化，加速反應過程。

研究表明，沸石加入量在2-4g/L已經被發現最有利于養豬場廢水厭氧處理的進程。在沸石加入量為0.2-4g/L時，pH在6.8~7.3變化。當沸石加入量為6g/L和8g/L時，pH在7.8附近。當沸石為10g/L時，pH為8.1。甲烷產生量(Gm)也受沸石加入量的影響，沸石加入量為2-4g/L時Gm最大。Gm是最初底物濃度(S0，g/L)和甲烷產率系數(Yp，L/g)的函數。說明，沸石加入量為2~4g/L最有利于底物的降解，COD的去除效率也最好，同時產生的甲烷量也就最多。隨著沸石加入量的繼續增加，TVFA/ALK(揮發性脂肪酸/堿度)有下降的趨勢。當加入10g/L的沸石時，溶液中氨氮的濃度最大，TVFA/ALK最小，動力學常數K1′t最小，可表示為：-ln(S/S0)=K1′tt式中：S——某一時間的有機物質量濃度，mg/L；S0——最初的底物質量濃度，mg/L；t——消化時間，d。其對反應過程的阻礙作用表現出來。這是由于加入10g/L的沸石有一定程度的氨氮釋放，并且影響在沸石顆粒和微生物附近的有機物的傳遞，從而對消化反應產生抑制作用。

研究表明，COD在沸石的加入量(以單位VSS計，下同)為0.05-0.3g/g時，比對照組的低。在0.1g/g時，出水COD的值最低。而在0.4g/g時，出水COD大于對照組。不同沸石加入量的甲烷氣體累計體積表明，最大的值是0.1g/g，最小的是0.4g/g。這樣的研究成果也證實了提出的加入適量的沸石對厭氧消化有正面的作用。加入量太多則對厭氧消化不利的觀點。

沸石的粒徑在0.05-1.00mm比0.07-0.5mm有更高的COD去除率。這可能是因為微生物更喜歡附著于大顆粒上，因此，離子交換作用在這種粒徑是最適宜的。關于粒徑對微生物的影響的某些機理，現在還不是很清楚，這需要進一步研究。可以看出，適量的加入沸石能使部分自由胺和氨離子消失，加速厭氧反應進程。同時，如下文所述，沸石中的離子如Ca2+、Mg2+也可以提高微生物降解能力。但過多的加入沸石，將會增加介質表面的黏性，影響在沸石顆粒和微生物附近的有機物的傳遞，使反應過程減速，而且，等沸石達到飽和后，還會釋放氨氮到水中，加入的沸石越多，飽和后釋放的氨氮越多，這會增加對微生物的毒害作用。指出沸石投加量以2~4g/L最合適，10g/L對厭氧反應將產生阻礙。沸石加入量(以單位VSS計)0.1g/g最好，0.4g/g最差。這也正證明了這一論斷。

2.2.2沸石中的不同離子

由沸石的化學通式可知，沸石中含有很多離子，如Ca2+、Mg2+等。研究了不同種類的無機物質被加入到富含氨氮的有機污泥中對甲烷產生量的影響，無機物質包括不同種類的無機吸附沸石(發光沸石，斜發沸石，3A、4A沸石)、黏土礦物(蛭石)、氧化錳。結果表明無機物質的加入導致了天然有機污泥(NH4+1150mg/L)中氨氮的去除，氫型3A沸石、氧化錳、天然發光沸石都能提高甲烷的產生量。消化后的化學分析表明，天然發光沸石的存在能大大提高Ca2+和Mg2+的濃度。通過在污泥中分別添加天然發光沸石和Ca2+的對比試驗表明，加入天然發光沸石的甲烷產生量是加入Ca2+的1.7倍。添加5%~10%天然發光沸石對于產甲烷過程是最適宜的條件，它可使甲烷產生量增加，接近空白的3倍。報道高的磷濃度阻礙甲烷的產生，因為磷酸鹽能導致生物利用Ca2+的能力降低。Ca2+和其他金屬對厭氧微生物的活性很重要。例如，Ca2+能穩定厭氧微生物的酶活性，減輕氨氮離子對厭氧微生物的毒性。這些結果表明，沸石通過離子交換作用產生的Ca2+能提高高氨氮有機廢水的甲烷產生量。天然的發光沸石在厭氧消化過程中對于Ca2+的補給和氨氮的去除有相互促進作用，對于緩解氨氮對甲烷產生過程的抑制很有效。

研究得出，加入Mg2+型沸石0.1g/g能增加厭氧微生物的最大產甲烷活性(Gm)和動力學常數K1′t，在乙酸和甲醇為底質時，Gm和K1′t的值是對照組的15倍和2倍。此外，水解菌、乙酸菌和甲烷菌的數量分別是空白的100、10、100倍。不同離子改性的沸石對Gm的影響為：Ni-沸石在0.01g/g最大，是對照組和天然沸石的8.6倍和7倍；Co-沸石0.1g/g最大，是對照組的4.4倍；Mg-沸石在0.1g/g最大，是對照組的15倍，是其他種類改性沸石中最大Gm的1.7倍。這個結果說明，Mg2+對厭氧生物處理有促進作用，并且影響最大。據報道，Co是VB12的中心離子，這種維生素能在甲烷形成過程中傳遞甲基，它出現在甲烷菌和乙酸菌中。它的加入作為痕量物質對于厭氧消化的刺激作用，以前已經報道過。

Ni對甲烷菌也很重要，是輔酶M的組分。Mg是一些酶的載體。天然沸石中主要存在的陽離子就是Ca2+和Mg2+。Ca2+和Mg2+對微生物的影響很大，這正如實驗過程中配置模擬廢水時要加入微量元素一樣，在實際的廢水處理時，加入適量的沸石對反應會有一定的促進作用。我們在用EGSB處理城市廢水的試驗中分別加入沸石0.05、0.1、0.2g/g與對照進行比較。得出加入沸石能普遍提高出水pH，能解決出水酸化現象，用氣相色譜幾乎檢測不到VFA。沸石加入量為0.05、0.1、0.2g/g及對照組的COD去除率分別為74.91%、69.60%、81.25%、66.32%。可以看出，加入沸石能提高EGSB的處理效率。但加入沸石也有它的缺點，就是飽和的沸石怎么辦。我們認為，沸石的加入可以在厭氧處理裝置的啟動階段使用，而且加入的量一般來說很少，飽和的沸石也不需要排出來，因為飽和的沸石可以促進污泥的顆粒化，最終成為顆粒污泥核。

由此可見，厭氧生物處理-沸石組合工藝解決了厭氧處理工藝不能脫氮除磷的缺點。加入沸石可減少氨氮對厭氧微生物的毒害作用，同時，沸石中的Ca2+、Mg2+等離子有強化厭氧反應的作用，從而加速厭氧反應的進程，而且加入沸石還能提高出水的pH，避免出水酸化現象。但對于它的作用機理和作用方式尚有待于進一步研究。沸石作為一種來源廣泛、價格便宜的礦物質，在廢水厭氧生物處理方面的應用潛力還有待進一步挖掘，是一個值得深入研究的重要課題。