唐朝春，许荣明

(华东交通大学 土木建筑学院，江西 南昌 330013)

近年来，水体富营养化问题受到广泛关注，而氨氮废水过量排放到水体中是水体富营养化的重要原因之一[1]，氨氮过度排放不仅会造成水体富营养化，还会导致毒素在水生生物上的积累，甚至威胁人类的生命健康[2]。水中氨氮主要来源于工业废水、城市生活污水以及农业灌溉排水[3]，如何便捷、经济、高效地去除或者回收废水中的氨氮已经成为了废水处理技术的难题，也成为了近年来的研究热点之一。

对于不同浓度的氨氮废水分别有适合的处理技术，气浮法[4]、磷酸氨镁法[5]及催化氧化法[6]常用来处理高浓度氨氮废水，对于中低浓度氨氮废水常用处理技术有生物法[7]、吸附法[8]、折点加氯[9]以及电化学法[10]等。生物处理技术因其具有运行费用低、去污效果好、生态可持续等优点作为应用最广泛的污水处理技术[11]，在氨氮废水处理方面备受关注，但是依然存在着对环境温度依赖性强以及高浓度氨氮废水易使微生物活性降低等问题[12-13]。物理气浮法对高浓度氨氮废水有较好的处理效果，但是出水氨氮浓度较高，出水依然需要进一步的处理。化学法是一种高效并且操作简单的处理方法，但是药剂昂贵、存在二次污染等问题制约了化学法的广泛应用。与其他处理方法相比，吸附法处理氨氮废水具有低成本、高效性、稳定性、易操作等优点，是处理氨氮废水的理想方法[14]。本文就吸附法处理氨氮废水热点问题展开综述，详细介绍新型吸附材料在氨氮废水上的应用以及相应的吸附热动力学研究，并展望未来吸附法处理氨氮废水的研究方向。

1 作用机制

2 研究现状

近年来国内外针对氨氮吸附的研究主要集中在吸附材料改性，新型、高效、经济的吸附材料研制，以及不同吸附材料对氨氮吸附效果的优劣上，见表1。

目前用于吸附氨氮的材料主要有沸石、生物炭、膨润土、粉煤灰等[21-22]。而对于氨氮吸附机理的研究主要是对氨氮吸附热动力学研究，利用相关分析手段对分子基团层面的吸附机理研究较少。

表1 不同吸附材料对氨氮的吸附效果Table 1 Adsorption effect of different adsorbents on ammonia nitrogen

2.1 沸石

沸石因其独特的结构特征、价格低廉以及分布广泛等优点成为氨氮废水吸附材料的研究热点[35]。沸石内表面积很大，其晶格内部有很多大小均匀的孔穴跟孔道，其体积约为沸石晶体总体积的1/2左右，因而沸石具有良好的吸附性能[36]。针对沸石改性研究以及吸附再生是当前研究热点。

2.1.1 斜发沸石 崔凯[23]在氯化钠溶液浓度为90 g/L、50%微波功率、反应5 min的条件下对斜发沸石进行改性，改性后沸石对氨氮初始浓度为100 mg/L的模拟氨氮废水的去除率达到90%以上。并且发现影响改性沸石对氨氮去除率的因素的顺序为：模拟氨氮废水浓度>pH>改性沸石投加量>反应温度>转速。Sancho等[37]采用斜发沸石与中空纤维膜接触器结合技术回收生活污水中氨，氨的回收率超过98%。许育新等[24]研究了天然斜发沸石对氨氮的动态吸附特征，发现其动态饱和吸附量可达18.8 mg/g。Shaban等[38]采用机械活化的方法对天然沸石进行改性，改性后沸石处理氨氮废水，出水氨氮仅为3.6 mg/L。王文超等[25]以斜发沸石为吸附剂处理氨氮废水取得了很好的处理效果，对初始浓度为200 mg/L的氨氮废水，废水中氨氮的去除率可达到92.71%。

唐登勇等[39]比较了天然沸石与改性沸石的处理效果，结果表明以经氯化钠改性后天然沸石为填料的吸附柱，在相同条件下有效处理水量为天然沸石的2.67倍，且改性沸石脱附率可达95.2%，脱附后再次吸附有效处理废水量可达初次吸附的93.8%。饶力和汪晓军[40]采用浓度为5%的氢氧化钠溶液作为再生剂加蒸汽加热的组合再生方式对天然沸石进行再生研究，发现沸石经过再生以后吸附性能能够保持稳定，即使经过15次重复实验，沸石的吸附容量依然可以保持在4 mg/g左右。

2.1.2 片沸石 王文超[26]以改性后的片沸石颗粒为吸附剂，研究其对氨氮废水的去除效果以及解吸率，结果表明，对于初始浓度为200 mg/L的氨氮废水，其出水可达国家一级排放标准，解吸率可达91.29%。靳薛凯[35]以浓度为0.1 mol/L氢氧化钠作为再生剂，研究了沸石再生对氨氮去除效果的影响，发现再生沸石对氨氮的平均去除率仍然可达91%，通过表征分析发现，饱和片沸石再生后可恢复沸石原有的孔隙结构，且保持不变，新鲜的片沸石对氨氮的去除率和吸附量分别为75.65%和7.56 mg/g。

2.2 生物炭

近年来，生物质炭作为一种新型吸附剂，因其比表面积大、孔结构强、工艺简单、不需要活化或二次处理等良好的吸附特性而被广泛应用于废水处理领域，在经济及环境效应上还具有廉价、无毒、生物相容性等优点[41-42]。

陈吉吉等[27]采用天然麦壳生物炭为吸附剂去除废水中的氨氮，发现天然麦克生物炭对氨氮的最大吸附量可达到17.87 mg/g，同时吸附后含有氨氮的麦壳可以作为肥料或饲料再利用。刘雪梅等[28]采用磷酸改性油茶壳活性炭对氨氮吸附研究，结果表明，吸附属于单分子层吸附，油茶壳活性炭对氨氮的实际最大吸附量可以达到12.51 mg/g。Ibrahim等[29]采用西瓜皮生物炭去除废水中氨氮，结果表明，在接触时间40 min内，吸附过程迅速并且达到吸附平衡，对氨氮初始浓度为50 mg/L的废水，氨氮去除率可达99%。

胡婧[43]将玉米芯生物炭吸附与介电泳技术相结合，建立了一种新型氨氮去除工艺，实验发现在介电泳处理过程中，氨氮去除率显著提高，认为吸附了氨氮的炭化玉米芯发生了介电捕获，氨氮去除率的提高可能是由于介电泳促进了氨氮在炭化玉米芯微粒表面的吸附。

2.3 膨润土

膨润土是一种主要成分为蒙脱石，含有长石、方解石、石英等杂质的黏土岩，主要成分为SiO2、Al2O3、H2O和少量的Na+、K+、Ca2+、Mg2+等金属离子[44]。因其具有大比表面积、离子交换能力强等优点，在吸附去除污染物方面有着广泛的应用。

张广兴等[30]通过十二烷基硫酸钠与六水氯化铝制备的改性膨润土作用于氨氮废水，去除率可达90%，脱附率可达75.21%，脱附再生后的膨润土对氨氮的去除率依然可以达到62.83%。刘丹[45]以钠基膨润土为原料，壳聚糖为改性剂，制备壳聚糖改性膨润土用于处理氨氮废水，氨氮去除率可达68.55%。

2.4 粉煤灰

粉煤灰是火力发电厂的一种固体废弃物，不仅具有表面疏松多孔、比表面积大的特点，由于其表面具有大量Si—O—Si键、Al—O—Al键，使其还具有一定的表面活性，在吸附去除污染物上具有较大的潜力[46-47]。

贾汉英等[31]用氢氧化钠对粉煤灰进行改性，研究其对氨氮废水的吸附行为，结果表明，改性粉煤灰的吸附效率可以达到81.56%。刘志超等[48]采用氯化镧浸渍的方法对粉煤灰进行改性，处理模拟径流污水，仅吸附30 min氨氮的去除率就达到93.2%。

2.5 其他吸附材料

郭祎阁等[32]使用一种天然高分子材料壳聚糖吸附水中氨氮，对氨氮去除率可达74.35%。Couto等[33]比较了改性黏土和改性沸石对氨氮废水的去除效果，改性后黏土对氨氮去除率达到96%，改性沸石可达81%。Wei等[34]以二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酸为交联剂，在可溶性淀粉上交联制备两性水凝胶用于吸附废水中氨氮，吸附容量可达33.98 mg/g。Zhang等[49]以碳化硅酸盐为原料，采用碳化、活化、水热转化的方法制备了X型活性炭复合材料，用于水溶液中氨氮的脱除，结果表明X型活性炭复合材料是一种有效的氨氮去除吸附剂。Chen等[50]对磷酸铵镁热分解产物对氨氮的吸附效果进行了研究，发现磷酸铵镁热解后可将氨及水全部脱除，热解产物对氨氮的最大吸附量可达72.5 mg/g，对于初始氨氮浓度为800 mg/L的氨氮废水，去除率可达95%以上，再生研究表明，热解产物可以循环用于吸附氨氮废水。

3 结语与展望

吸附法作为一种便捷、高效、经济的处理氨氮废水的方法，不管是在废水的预处理、深度处理，还是在应急处理上都有着广泛的应用。沸石黏土类吸附材料是广泛存在且廉价易得的吸附材料，其独特的空间结构以及很强的稳定性，再加上表面活化改性，是现如今比较理想的氨氮吸附材料，具有很大的发展应用前景；大多数生物质炭包括粉煤灰吸附材料都是废弃物资源化利用的一个方面，符合环境友好、经济效益高等科学发展的需求，是氨氮吸附的一大研究热点；其他吸附材料，像高分子材料、纳米材料以及复合材料等，虽然材料合成难度大、来源面较窄，但是其强大的表面活性及大吸附容量为未来吸附材料的发展提供了更多可能，也将是未来氨氮吸附材料的研究热点。

吸附法存在许多不可比拟的优点，但也依然存在着许多不足之处，为此作出以下几点展望。

(1)大部分研究都只是在研究吸附材料的处理效果上，机理研究也只是停留在吸附热动力学研究上，未来的机理研究可针对分子基团变化进行相应研究。

(2)大多数氨氮吸附研究都是单组分、静态的，有必要做一些动态的、多组分污染物的氨氮去除效果研究。

(3)未来研究重点可放在氨氮吸附材料的解吸及再生研究上。

(4)大多数氨氮吸附研究都只停留在实验室小试上，实际应用研究甚少，可以深入研究实际应用中氨氮的去除效果及环境、经济效益。