沸石在废水、动物尸体浸出液与稻田中用于铵去除与氨排放缓解的多功能应用

为何清除“看不见”的氮很重要

世界大部分粮食生产依赖含氮肥料，但这些氮一旦进入水体和大气，就可能成为隐形污染物。河流和湖泊中铵浓度过高会助长藻华并造成鱼类死亡，而农业土壤中挥发出的氨气会恶化空气质量并浪费宝贵的肥料。本文研究了一种常见天然矿物——沸石，能否作为可重复使用的“海绵”去吸附多余的氮：清理废水、截留腐烂动物尸体产生的污染，并减少稻田中氨的损失。

像海绵一样工作的岩石

沸石是具有笼状结构的火山矿物，内部布满微小通道，能容纳并交换带电粒子如铵离子。研究者首先详细考察了一种天然沸石——斜发沸石（clinoptilolite）。通过显微镜观察和化学测试，他们确认该矿物具有粗糙、多孔的表面、很大的内部比表面积以及大量带负电的位置——这些特性使其能够牢固吸附带正电的铵离子。他们还测量了热处理如何改变矿物性能，因为加热常用于“活化”材料以提高性能。

在水中清洁的最佳条件

团队测试了沸石去除人工废水中铵的效果。结果表明该矿物反应迅速：大部分铵在30分钟内被捕获，其最大吸附量约为每克沸石10毫克。深入分析显示，铵并非简单地以单层方式附着，而是以多层形式结合于不均匀的表面位点，并且该过程表现得更像化学反应而非简单的物理捕获。当沸石加热到300 °C时，其性能保持相似，但在更高温度下晶体骨架开始塌陷。到900 °C时，矿物几乎失去所有捕捉铵的能力，这意味着未经强热处理的“原始”沸石实际上更适合用于水体净化。

处理畜禽尸体浸出液

在疾病暴发后处理死亡家畜常会形成填埋坑，渗出含氮液体进入周围土壤和地下水。研究者模拟了经热化学处理的猪尸体浸出液并将其与沸石混合。初始铵浓度约为50毫克/升时，按尸体质量计取沸石剂量为20%时去除率超过84%，将剂量提高到40%时去除率接近90%。在这种复杂溶液中，对沸石进行中等温度（约300–500 °C）加热略微改善了性能，但强烈加热同样会损坏矿物。这些结果表明，可以在埋坑周围设置填充沸石的屏障，以截留并净化受污染的地下水，防止其扩散。

减少稻田的肥料流失与氨臭

研究还考察了施用尿素等常见氮肥的淹水稻田中氨的排放。在小型受控的稻田箱中，团队在灌水施肥前将不同量的沸石撒在土壤表面，并在12天内收集逸散的氨气。随着气温升高，排放量增加，但施加沸石的地块持续表现出更低的氮挥发损失。所测的最高剂量（每箱30克）使累计氨损失相比未施沸石的土壤减少约46%。由于在该试验中沸石实际吸附的铵远低于其实验室容量，作者认为在真实田块中使用沸石很可能在不饱和矿物的情况下就能带来益处。

对农场与清洁水源的意义

简而言之，这项工作表明一种低成本、天然存在的岩石可以帮助保留有价值的氮，避免其渗漏或挥发。未经强热处理的斜发沸石能迅速清除废水和尸体浸出液中的铵，并能显著降低稻田中逸散的氨气。这意味着更清洁的河流、更少的异味与空气污染，以及更好地利用农民已投入的肥料。实验在实验室和模拟田块中进行，因此仍需长期田间试验，但研究指出沸石作为一种务实工具，可用于在农业与废弃物处理领域实现更可持续的氮管理。

引用: Lee, JI., Lee, CG., Hong, SC. et al. Multifunctional application of zeolite for ammonium removal and ammonia emission mitigation in wastewater, carcass leachate, and paddy. Sci Rep 16, 6327 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37062-4

关键词: 沸石, 氨污染, 废水处理, 畜禽尸体浸出液, 稻田排放