研究了Zeolite人工濕地系統(tǒng)和沸石柱系統(tǒng)中的飽和沸石的生物再生過(guò)程，模擬了系統(tǒng)中沸石生物再生時(shí)遵循的動(dòng)力學(xué)方程，結(jié)果證明，沸石在濕地中再生比在沸石曝氣柱中再生效果好得多，而且沸石和土壤的不同的填載方式對(duì)沸石的再生具有重要影響。測(cè)定了濕地系統(tǒng)土壤陽(yáng)離子交換容量、再生后沸石結(jié)構(gòu)中元素的種類和含量、沸石生物膜量以及沸石再生時(shí)系統(tǒng)中氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的濃度，探究了濕地系統(tǒng)中沸石生物再生的機(jī)理。測(cè)定了沸石再生后再次交換氨氮的能力，氨交換容量可恢復(fù)到原來(lái)的87.0%以上。

氮的去除是人工濕地技術(shù)所面臨的一個(gè)難題，研究報(bào)導(dǎo)的氮的去除率多在20%~95%之間。沸石人工濕地是提高氮去除率的一種新的濕地系統(tǒng)，目前已有人做了相關(guān)研究。然而沸石床人工濕地脫氮面臨這樣的問(wèn)題，即在系統(tǒng)運(yùn)行前期沸石發(fā)揮主要作用時(shí)，氨氮的去除效果很好，等到沸石逐漸達(dá)到交換飽和，沸石就喪失了持續(xù)的去除氨氮的能力，濕地系統(tǒng)氨氮去除效果幾乎恢復(fù)到未加沸石填料時(shí)的水平。

本文主要解決濕地系統(tǒng)中飽和的沸石的再生問(wèn)題，恢復(fù)沸石濕地對(duì)氨氮高去除率的優(yōu)勢(shì)。該系統(tǒng)處理污水可達(dá)到地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，亦可考慮解決城市污水廠在氣溫較低時(shí)出水氨氮濃度過(guò)高的問(wèn)題，即將城市污水廠二級(jí)出水排入濕地系統(tǒng)，利用沸石濕地的強(qiáng)去除能力脫氮，待到污水廠處理效果達(dá)標(biāo)時(shí)停止向濕地排水，而利用濕地系統(tǒng)的綜合作用使沸石中的氨氮解析出，并在系統(tǒng)中消耗掉，使?jié)竦刂蟹惺匦芦@得交換吸附能力。即人工濕地可以暫時(shí)作為氮的儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)，蓄滿后再利用人工濕地系統(tǒng)的綜合功能使沸石重新恢復(fù)交換氨氮的能力，這種在濕地系統(tǒng)中使沸石得到再生，并使從沸石中釋放出來(lái)的氨氮在系統(tǒng)中消耗掉，從而重新獲得高效、持續(xù)的脫氮能力，本試驗(yàn)稱之為沸石人工濕地系統(tǒng)的脫氮調(diào)節(jié)再生功能

使沸石人工濕地中沸石重新獲得吸附交換氨氮的能力，涉及到沸石的再生問(wèn)題，沸石的再生通常有以下幾種方法：濕法、氣提法、培燒法和生物法。

前三種方法在實(shí)驗(yàn)室中是很容易實(shí)現(xiàn)的，但是對(duì)于沸石人工濕地是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)閷⒎惺瘡臐竦刂腥〕鲈偕缓笤俜呕叵到y(tǒng)，實(shí)際中難以現(xiàn)實(shí)。只有利用生物法，包括濕地系統(tǒng)中的植物、微生物以及介質(zhì)的綜合作用使沸石再生得以實(shí)現(xiàn)。

目前實(shí)驗(yàn)室中利用硝化細(xì)菌作用再生沸石已有研究報(bào)道，但是沸石在濕地中的生物再生過(guò)程以及動(dòng)力學(xué)模型尚未見(jiàn)報(bào)道。

本試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容涉及沸石在濕地床中生物再生的可行性和沸石生物再生動(dòng)力學(xué)方程的模擬。

在沸石和土壤混勻狀態(tài)下，蘆葦沸石濕地系統(tǒng)和菖蒲沸石濕地系統(tǒng)對(duì)交換飽和的沸石的生物再生效果沒(méi)有明顯的差別。

沸石和土壤的填載方式對(duì)沸石的再生有較大的影響，在第120天時(shí)，分層狀態(tài)下的菖蒲沸石床的沸石中含的氨氮還有3.24 mg/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于混勻狀態(tài)下的沸石中的氨氮含量。主要是因?yàn)榉謱犹钶d時(shí)，沸石周圍缺乏土壤，從而缺少大量可以與沸石中的氨氮進(jìn)行交換的土壤陽(yáng)離子，結(jié)果影響沸石再生進(jìn)程。

在濕地系統(tǒng)中和在沸石柱中的沸石生物再生效果差異是很大的。因此在實(shí)際工程中，沸石床人工濕地中的沸石交換性能發(fā)揮的作用減弱時(shí)，出水氨氮濃度升高，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，可將濕地系統(tǒng)停下來(lái)，進(jìn)水切換到平行的濕地系統(tǒng)，停止運(yùn)行的濕地利用濕地系統(tǒng)的綜合功能，使得沸石上的氨氮解析下來(lái)，大約需要3個(gè)月的時(shí)間即可恢復(fù)到原來(lái)的90%左右，又可以繼續(xù)接受進(jìn)水，去除氨氮。

濕地系統(tǒng)土壤陽(yáng)離子交換性能

土壤的陽(yáng)離子交換性能是由土壤膠體表面性質(zhì)所決定，由有機(jī)的交換基與無(wú)機(jī)的交換基所構(gòu)成，前者主要是腐殖質(zhì)酸，后者主要是粘土礦物。他們?cè)谕寥阑ハ嘟Y(jié)合成復(fù)雜的有機(jī)無(wú)機(jī)膠質(zhì)復(fù)合體，所能吸收的陽(yáng)離子總量包括交換性鹽基（主要是金屬與非金屬陽(yáng)離子）和水解性酸，兩者總和即為陽(yáng)離子交換量。

土壤陽(yáng)離子交換量對(duì)于結(jié)合各種陽(yáng)離子特別是去除廢水中的金屬離子發(fā)揮著重要的作用。在濕地中，土壤陽(yáng)離子及陽(yáng)離子交換性能對(duì)交換飽和的沸石再生起著重要作用。其交換過(guò)程是土壤固相陽(yáng)離子與溶液中的陽(yáng)離子發(fā)生交換作用，進(jìn)入溶液中的土壤陽(yáng)離子又與沸石表面或者內(nèi)部的銨離子發(fā)生交換。

土壤陽(yáng)離子交換性能主要是由土壤本身性質(zhì)所決定的。利用陽(yáng)離子交換量大的土壤構(gòu)建沸石濕地系統(tǒng)對(duì)氨氮飽和沸石的再生起重要作用。

交換飽和的沸石在濕地中的生物再生過(guò)程可以描述如下

由于濕地系統(tǒng)進(jìn)不含NH₄⁺的有機(jī)污水，沸石中的含NH₄⁺量遠(yuǎn)高于沸石界外土壤中的含NH₄⁺量，首先沸石表層結(jié)構(gòu)上的孔道和空腔中的NH₄⁺與土壤中的或者穿過(guò)沸石表面生物膜的土壤陽(yáng)離子發(fā)生離子交換，土壤陽(yáng)離子開(kāi)始占據(jù)NH₄⁺空出的交換位，NH₄⁺在移出沸石表面時(shí)，在沸石表面生物膜中的和土壤中的亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌作用下，發(fā)生硝化過(guò)程，使NH₄⁺濃度降低，從而維持一定的界內(nèi)外NH₄⁺濃度差。在開(kāi)始階段，由于沸石中的NH₄⁺含量很高，而且主要使沸石表層結(jié)構(gòu)中的交換位交換，所以這個(gè)交換速度是較快的，從圖1部分的沸石生物再生動(dòng)力學(xué)模擬曲線得以證明。

隨著再生過(guò)程的延續(xù)，沸石外層結(jié)構(gòu)中的NH₄⁺因發(fā)生離子交換而被土壤陽(yáng)離子替代，交換逐漸向沸石內(nèi)部結(jié)構(gòu)擴(kuò)散，由于沸石深層的孔道和空腔較難利用，用NH₄⁺交換時(shí)沸石深層中的NH₄⁺就較少，所以在再生時(shí)，外界的土壤陽(yáng)離子也不容易擴(kuò)散進(jìn)來(lái)，交換速率變得慢下來(lái)，圖1中曲線也顯示如此。在沸石中的NH₄⁺含量降至0.45mg/g以下時(shí)，交換變得更加緩慢。

?從試驗(yàn)結(jié)果也可以得出，交換飽和的沸石生物再生以及交換下來(lái)的NH₄⁺又在濕地系統(tǒng)中進(jìn)行硝化和反硝化得以去除的過(guò)程必不可少的兩個(gè)因素是：

（1）沸石界外必須具有可以與沸石中NH₄⁺選擇性交換的土壤陽(yáng)離子；

（2）沸石界面上生物膜中或直接與沸石接觸的土壤中應(yīng)該有硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌。

結(jié)果證明，交換飽和的沸石生物再生以及交換下來(lái)的NH₄⁺又在濕地系統(tǒng)中進(jìn)行硝化和反硝化得以去除的過(guò)程必不可少的兩個(gè)因素是：

a、沸石界外必須具有可以與沸石中NH₄⁺選擇性交換的土壤陽(yáng)離子；

b、沸石界面上生物膜中或直接與沸石接觸的土壤中應(yīng)該有硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌。

?(3) 沸石在濕地系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)運(yùn)行后，逐漸達(dá)到交換飽和，利用濕地系統(tǒng)的綜合作用使之再生后，恢復(fù)程度與交換溶液的NH₄⁺濃度有關(guān)。

雖然在濕地系統(tǒng)中，沸石交換了土壤中的陽(yáng)離子，且種類繁多，但是沸石仍然具有很大的交換容量，其氨氮交換能力可以恢復(fù)到原來(lái)的87.0%以上。