沸石在污水處理中應(yīng)用的進(jìn)展

(合肥市濱湖新區(qū)建設(shè)投資有限公司 安徽 合肥 230601)

沸石是自然界中廣泛存在的一類(lèi)鋁硅酸鹽礦物，其種類(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由硅氧及鋁氧骨架組成。沸石獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和晶體化學(xué)性質(zhì)，使其具有吸附、離子交換、催化以及耐酸堿、耐輻射和密度小等特點(diǎn)，可作為濾料、離子交換劑、吸附劑等廣泛應(yīng)用于日用化工、環(huán)境保護(hù)、石油加工等領(lǐng)域[1]。同時(shí)沸石價(jià)格低廉，我國(guó)沸石資源豐富，因此，沸石在污水處理中有廣泛的應(yīng)用前景。

一、沸石的改性

(一)天然沸石的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。沸石是一種架狀構(gòu)造的含水鋁硅酸鹽礦物，主要含有Na、Ca以及少數(shù)Sr、Ba、K、Mg等金屬離子。

沸石的基本結(jié)構(gòu)是以Si為中心，形成4個(gè)頂點(diǎn)有氧配置的SiO4四面體以及Al取代Si并置換成AlO4四面體的結(jié)合體，硅(鋁)氧四面體通過(guò)中間的氧原子相連，在三維空間上可形成多種形狀的規(guī)則四面體構(gòu)成沸石的空穴或籠，這些空穴和籠以不同形式連接則構(gòu)成了沸石的孔道體系。在沸石的空穴和孔道中占據(jù)著陽(yáng)離子和水分子[2]。沸石中的空穴和籠使得它具有很好的吸附功能，空穴和孔道中的陽(yáng)離子使得沸石具有了離子交換功能，同時(shí)沸石較大的比表面積，使其具有很好的催化功能。沸石的這些特性使沸石在污水處理中有很大的應(yīng)用空間。

(二)沸石的改性。由于天然沸石孔徑和通道易堵塞，并且相互連通的程度也較差，其表面硅氧結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的親水性，導(dǎo)致天然沸石吸附有機(jī)物的性能極差，并且硅氧結(jié)構(gòu)本身帶負(fù)電荷，故難以去除水中的陰離子污染物；天然沸石孔徑小，去除重金屬離子效果不理想，其吸附能力往往達(dá)不到要求。為進(jìn)一步提高天然沸石的吸附、離子交換等性能，須對(duì)天然沸石進(jìn)行改性處理。提高沸石的活性和尋找各種改性方法，則一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

二、沸石在污水處理中的應(yīng)用

沸石作為一種環(huán)保友好型材料，具有吸附和離子交換等特殊的特性，使得它在污水處理中有很好的應(yīng)用。對(duì)于氨氮廢水，有機(jī)廢水，重金屬?gòu)U水，含氟廢水都有很好的處理效果。對(duì)沸石進(jìn)行改性后能夠提高污水的處理效率。同時(shí)沸石還可以作為生物污水處理中的濾料使用。

(一)沸石處理氨氮廢水。水體中氨氮含量過(guò)高時(shí)會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，影響水質(zhì)。高濃度的氨氮廢水會(huì)造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境后果，對(duì)飲用水的來(lái)源帶來(lái)不利影響。沸石是一種有效的去除劑。

沸石具有對(duì)氨氮有較好的離子交換吸附能力、微生物易附著等特性，且易開(kāi)發(fā)、價(jià)格低廉、無(wú)毒副作用，在處理氨氮廢水方面有較好的應(yīng)用前景。沸石在減輕沖擊負(fù)荷、減少抑制因素對(duì)好氧或厭氧處理工藝的影響方面有明顯作用，并能提高系統(tǒng)整體處理效率；在其他工藝應(yīng)用中均表現(xiàn)出對(duì)NH4+-N的較強(qiáng)的去除效率，并可通過(guò)生物膜硝化再生得到交換吸附能力的恢復(fù)。目前沸石對(duì)氨氮廢水的研究大多數(shù)都處于實(shí)驗(yàn)室或中試研究水平，在實(shí)際工程中尚未有大規(guī)模[3]。

(二)沸石處理有機(jī)廢水。有機(jī)污染物是污染水源中的一類(lèi)主要污染物。一些常見(jiàn)的有機(jī)污染物如酚類(lèi)、苯胺、苯醌、氨基酸等，均可被沸石吸附。沸石對(duì)重要污染物的吸附能力主要取決于有機(jī)物分子的極性和大小，極性分子較非極性分子易被吸附，隨著分子直徑的增大，被吸附進(jìn)入孔穴的機(jī)會(huì)就逐漸減小。

水中的有機(jī)污染物是今后水污染防治和飲用水深度處理的首要對(duì)象。沸石因其優(yōu)異的吸附性能及無(wú)毒、無(wú)味且對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響，而在污水處理中有著巨大的應(yīng)用潛力。同時(shí)，由于水中有機(jī)污染物的種類(lèi)及含量與日俱增,單純的一種吸附劑或一種方法往往達(dá)不到預(yù)期的目的，今后應(yīng)大力開(kāi)發(fā)各種方法聯(lián)用的技術(shù)。

(三)沸石處理含重金屬離子廢水。重金屬元素是無(wú)機(jī)有毒物質(zhì)的主要組成成分，是具有潛在危害的重要污染物。重金屬在水中容易發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化。運(yùn)用沸石的離子交換性可以去除水中的某些重金屬離子，起到凈化污水的作用。

沸石本身的格架結(jié)構(gòu)特征和配位鍵不平衡，決定了沸石能夠作為陽(yáng)離子交換劑使用。據(jù)體積效應(yīng)，沸石中的Ca2+、Mg2+等二價(jià)離子被Na+還原置換后，由于小離子Na+通過(guò)沸石內(nèi)部通道時(shí)，空間位阻小，比較容易進(jìn)入通道，并向通道內(nèi)擴(kuò)散，且內(nèi)擴(kuò)散速度較快，這就使沸石具有更大的離子交換能力和軟化硬水的功能。沸石具有綜合治理污染水源的功能，能同時(shí)去除水中的Ni2+、Co2+、C2+、Pb2+、Hg2+等重金屬離子、油類(lèi)和其他有機(jī)物。

(四)沸石處理含氟廢水。氟是人體的微量元素之一，缺氟易患齲齒病，長(zhǎng)期攝入過(guò)量的氟，會(huì)導(dǎo)致骨質(zhì)疏松，骨骼變形。氟化物廣泛存在于水中。

天然沸石除氟的能力很低，只能靠沸石中的Al3+的吸附作用。但通過(guò)對(duì)天然沸石改性后，對(duì)含氟廢水的凈化效率將大大提高。通常用鋁鹽鐵鹽的活化劑如氫氧化鋁、硫酸鐵、聚合硫酸鐵對(duì)沸石進(jìn)行處理，增加沸石的吸附特性。

(五)沸石作為生物填料在污水處理中的應(yīng)用。沸石具有較大的比面積，可以作為一種理想的生物載體，將其進(jìn)行微生物的適當(dāng)引種、馴化后應(yīng)用到污水脫氮領(lǐng)域，不僅可發(fā)揮其優(yōu)良的吸附性能，而且還能利用微生物作用有效地去除各種形態(tài)的氮。

傳統(tǒng)沸石作為固體填料，密度大，投加到濾池中需要固定支架，且過(guò)濾時(shí)阻力大，需要定期對(duì)濾料進(jìn)行反洗，這就加大了基建投資，使操作復(fù)雜化從而運(yùn)行費(fèi)用增加。而對(duì)沸石進(jìn)行研磨，篩分等處理，得到適當(dāng)?shù)牧酱笮　Ｈ欢镁G色環(huán)保型膠將研磨好的沸石小顆粒粘附在表面打磨粗糙的懸浮球的鰭狀片表面，制作成新型生物沸石填料。

三、沸石的在污水處理應(yīng)用中的前景展望以及存在的問(wèn)題

沸石作為一種環(huán)保友好型材料，有吸附，離子交換，催化等重要特性?？扇コ鬯械挠袡C(jī)物如氨氮、揮發(fā)酚、氰化物、亞硝酸鹽。同時(shí)對(duì)于去除含氟廢水，含重金屬離子廢水，放射性廢水，都有很好的處理效果。我國(guó)沸石儲(chǔ)量大，價(jià)格低廉。采用沸石處理污水具有成本低、處理效果好、環(huán)境友好的特點(diǎn)，因而沸石被認(rèn)為是一種有較大發(fā)展空間的水處理材料。

但在沸石處理污水的應(yīng)用中仍存在一些問(wèn)題：

(1)目前對(duì)沸石的研究大多數(shù)都局限于在實(shí)驗(yàn)室中的理論研究，在實(shí)際應(yīng)用中較少，市場(chǎng)工藝不成熟。所以，將沸石在污水對(duì)污水處理的應(yīng)用從實(shí)驗(yàn)室里走出，變?yōu)橐环N可利用的成熟的污水處理工藝，以及與其它的污水處理有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，有待研究。

(2)沸石的再生存在問(wèn)題：沸石的再生方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法。物理法通過(guò)高溫灼燒，再用氣體反吹洗。該方法須高溫，容易造成資源浪費(fèi)。化學(xué)法是通過(guò)化學(xué)試劑浸泡，沖洗再烘干。該方法易造成二次污染，存在再生液處理問(wèn)題。

我國(guó)的沸石資源豐富，而沸石又是一種新型環(huán)保友好型材料。因此，加強(qiáng)和深入對(duì)沸石在污水處理中的研究，在水環(huán)境保護(hù)中具有廣闊的前景和深遠(yuǎn)的意義。