沸石作為水處理的作用

沸石作為水處理的作用：

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)和城市人口的膨脹，生活污水和工業(yè)廢水大量排放，水污染現(xiàn)象變得越來(lái)越嚴(yán)重。如何在水處理中有效地利用新型環(huán)境友好材料已是當(dāng)今環(huán)境領(lǐng)域的重要研究課題。天然沸石是一種含水框架結(jié)構(gòu)的多孔硅鋁酸鹽礦物質(zhì)，獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)使其具有選擇性離子交換性能、選擇性吸附性能、耐酸性能以及催化性能等特性，同時(shí)具有較大的比表面積，在污水的有機(jī)物去除，去除氨氮，重金屬離子去除，去除氟和磷以及微污染水源水的預(yù)處理過程中有著較好的應(yīng)用前景，特別是把沸石作為濾料，能夠把天然沸石的吸附性、離子交換性能與濾池的過濾、吸附和生物代謝功能有機(jī)結(jié)合起來(lái)，更好地去除污水中的 NH3 N, 有機(jī)物、SS和色度等。把沸石應(yīng)用到水處理中, 在使用和處理過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，是一種環(huán)境友好材料。

以沸石作為水處理材料，有望研究開發(fā)出經(jīng)濟(jì)、有效的新型水處理技術(shù)與工藝，對(duì)解決我國(guó)日益嚴(yán)峻的水環(huán)境污染及水資源短缺問題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

沸石的除氟功效

沸石的離子交換法在半透膜的兩端施加直流電場(chǎng)，使帶負(fù)電的F－和帶正電的離子通過離子交換膜分別流向陽(yáng)極和陰極，從而達(dá)到除氟的目的。該方法優(yōu)點(diǎn)是除氟效率好且穩(wěn)定，缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，除氟的同時(shí)也除去了對(duì)人體有益的礦物質(zhì)。膜分離新技術(shù)是利用一種能使水分子通過，而氟化物不能通過的半透膜發(fā)揮作用，如醋酸纖維素膜可處理低濃度的含氟水，出水氟化物含量符合排放標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)高濃度含氟水的處理效果較差。

沸石提純后含量為82．29%，對(duì)其進(jìn)行改性后制成多孔方沸石球，進(jìn)行含氟水的處理試驗(yàn)。沸石球直徑越小，表面積越大，吸附和交換性能越強(qiáng)。由以看出，隨著直徑的減小，多孔方沸石球?qū)－的吸附量增加。試驗(yàn)對(duì)三種不同直徑的方沸石球進(jìn)行含氟水的處理，其中直徑3mm方沸石球的水處理結(jié)果蕞好。因此選用直徑3mm的多孔方沸石球。

經(jīng)再生處理后，多孔方沸石球的活性基本恢復(fù)。與初生方沸石球相比，一次再生方沸石球除氟效果略有下降。隨著再生次數(shù)的增多，方沸石球除氟效果有所下降。

沸石的來(lái)源及發(fā)展現(xiàn)狀

天然沸石主要產(chǎn)生于巖梁活動(dòng)晚期的低溫?zé)嵋弘A段，沸石族礦物常見于噴出巖，特別是玄武巖的空隙中，也見于沉積巖、變質(zhì)巖及熱液礦床和某些近代溫泉沉積中，是硅酸鹽中儲(chǔ)量蕞大的一類礦物。沸石是在 1756 年由瑞典礦物學(xué)家Cronsted苐一次在玄武巖中發(fā)現(xiàn)的，因?yàn)榉惺诩訜嶂寥廴跁r(shí)，伴有沸騰現(xiàn)象而得名。沸石是火山熔巖形成的一種含水架狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物，含有鈉、鎂、鈣、鉀、鋇等成分。1959 年日本蕞先將沸石用于飼料添加劑，目前世界上沸石添加劑已經(jīng)商品化生產(chǎn)，關(guān)于沸石的專利已有3000多項(xiàng)。

天然沸石含有畜禽生長(zhǎng)發(fā)育所需的全部常量元素和大部分微量元素。這些元素都以離子的狀態(tài)存在，能被畜禽所利用。此外，沸石還具有獨(dú)特的催化性、吸附性、離子交換性、耐酸性、熱穩(wěn)定性以及耐毒性等。從沸石被發(fā)現(xiàn)起就廣泛應(yīng)用于畜禽飼料、水產(chǎn)養(yǎng)殖、獸藥及飼料添加劑等各領(lǐng)域。

天然沸石在高溫氨氮中的吸附性能

天然沸石在高溫氨氮中的吸附性能

不同溫度下天然沸石對(duì)溶液中氨氮的平衡吸附效果如圖1所示。由圖1可以看出在常溫階段(35℃以下)，天然沸石對(duì)氨氮的吸附質(zhì)量比為1.0mg/g左右。隨著溫度的升高，吸附質(zhì)量比顯著增大，在60℃以上達(dá)到2.0mg/g左右，并隨著溫度的繼續(xù)升高維持在一定范圍內(nèi)。因此天然沸石適用于處理中高溫氨氮廢水，且在同等用量下，吸附效果明顯優(yōu)于常溫下的吸附效果。這是由于溫度的升高加速了溶液中和沸石上的分子和離子的熱運(yùn)動(dòng)，提高了沸石對(duì)溶液中氨氮的吸附活性。

在沸石處理高溫氨氮廢水特別是循環(huán)冷卻水過程中，沸石的大小直接影響進(jìn)水阻力。同時(shí)天然沸石顆粒的粒徑大小決定了沸石顆粒在溶液中與離子的接觸面積，影響了天然沸石對(duì)溶液中氨氮的吸附量。選取不同粒徑下的天然沸石對(duì)高溫氨氮溶液進(jìn)行吸附

隨著沸石粒徑的減小，天然沸石對(duì)溶液中氨氮的吸附速率和平衡吸附量均有顯著增加。沸石粒徑從8～10mm下降到1～2mm時(shí)，吸附質(zhì)量比由1.3mg/g提高到2.1mg/g。而沸石粒徑下降到0.5～1mm時(shí)，吸附效果基本不再增加。觀察發(fā)現(xiàn)粒徑為0.5～1mm時(shí)沸石顆粒在容器底部易團(tuán)聚，從而影響天然沸石與溶液離子接觸面積的提升。同時(shí)沸石作為濾料處理廢水時(shí)，沸石粒徑直接影響到進(jìn)水阻力，粒徑過小時(shí)，容易混入廢水流失。因此綜合考慮沸石破碎難易程度、吸附效果、進(jìn)水阻力和流失難易等因素，選取蕞佳粒徑為1～2mm。

由于高溫吸附反應(yīng)體系的影響，使得沸石對(duì)氨氮的吸附效果在堿性廢水環(huán)境下吸附量明顯降低。溶液中Ca2 的存在降低了沸石的吸附效果，而Mg2 和磷酸根對(duì)吸附效果基本無(wú)影響。另外，天然沸石對(duì)于氨氮吸附效果是明顯優(yōu)于活性炭和人造沸石的吸附效果。