沸石的种类多种多样,且结构复杂,是一种含有水和碱(或碱土金属)的铝硅酸盐矿物,具有多孔道的架状结构。它天然无污染,有广泛的资源,大量的储备且易于获得,并且可以通过再生来重复使用。其中可以分为两大类: 天然沸石和合成沸石。1756 年,天然沸石被首次发现。沸石的独特性使其具有多种特点,例如可以吸附、离子交换、分离、耐酸碱、耐辐射、干燥和催化等。因此它可广泛用于环境保护、化学工业、农业、畜牧业、轻工业、石油加工、建材工业和高科技尖端技术等领域中。天然沸石在环境污染治理方面具有很大的潜力, 特别地, 在废水处理领域具有广阔的前景。作为一种在废水处理过程中的常用水处理剂, 广泛应用于废水处理中的脱氮、除磷、除氟、除有机污染物和除重金属污染物等。
具体来说,沸石在污水处理中的应用包括:
(1)脱氮
含氮废水的处理对于防止水体富营养化尤为重要。目前,实现工业废水的脱氮方法主要有生化方法、物理化学方法、沸石吸附方法和离子交换方法等。沸石骨架中存在某些空穴和孔隙,这决定了它们具有吸附和离子交换作用。沸石除去氨氮的机理是非离子氨的吸附和离子氨的离子交换。通常认为非离子氨的吸附是主要的,因为氨是极性分子,并且沸石的表面带负电,因此其对氨具有较强吸附作用。
张璐等研究了天然沸石对煤化工废水中氨氮的去除及影响因素,结果表明,天然沸石对煤化工废水中的氨氮有较好的吸附去除能力,随着时间的变化,氨氮去除速率由快转为缓慢并最终达到吸附平衡,去除率由19%提高到28%;氨氮去除率随着沸石投量的增大而提高且基本不受温度的影响;然沸石对废水中氨氮的去除在碱性条件下更有利,经过6级吸附,去除率可达到68%。饶力研究了天然沸石对氨氮废水吸附特性的实验,结果表明,沸石吸附氨氮过程的最适pH为7- 8;沸石对氨氮吸附容量与比表面积和总孔体积的大小有较大影响并且呈正相关关系;沸石的投加量越大,其去除氨氮的效率越高;而沸石对氨氮的吸附容量随着沸石投加量的改变则与之相反。
(2)除磷
肖举强等 通过研究沸石的除磷性能实验表明, 沸石具有吸附剂的功能且能够除磷, 即使pH 值较广时;沸石也可有效去除废水中的磷,当沸石投加量、原水磷的浓度、磷的各种存在形态有所变化时,磷去除率也随之改变。李辉等研究了天然沸石除磷的影响因素实验, 结果表明,沸石对磷的去除率随着沸石用量和接触时间的增加而增加, 达到峰值后再投加沸石和增加接触时间,去除率逐渐下降。
(3)除有机污染物
现如今,由于工业的迅猛发展,例如有机工业、精细化工和高分子工业的迅速发展,使得水中有机污染物更加复杂和繁多。沸石能够去除废水中的有机污染物是因为其吸附能力主要由有机物分子的极性和大小所决定。其中沸石更容易吸附极性分子和较小分子直径的; 此外, 如果有机物分子含有极性基团或可极化基团, 其可以强烈地吸附在沸石的表面上并因此被去除。饶俊通过实验利用活性炭、沸石来去除饮用水中的有机污染物,结果表明,活化沸石可以代替一些活性炭作为吸附剂, 沸石深度处理饮用水的能力部分甚至优于活性炭。
天然沸石和改性沸石作为一种有前景的水处理剂, 需要进一步开展研究和应用, 对此方面提出了一些看法和思考:①对有缺陷沸石进行合成和改性制备新的沸石,以提高各项性能,提高其实用的价值和资源的合理利用; ②探索制备改性沸石,以制备经济高效的吸附剂和水处理剂,对于不同废水中的各种繁多复杂的污染物, 需要有目的地选择较优良的化学改性剂,从而来提高各种改性沸石去除不同污染物的能力, ③寻找能够解决再生问题, 改善天然沸石吸附能力的最终处理的办法, 开发一种高效、高速、低成本的再生方法,提高沸石利用率, 避免二次污染;④实际污染水体中的污染物成分复杂,从沸石去除各污染物质的机理出发,加强沸石改性方法的研究,实现水体中多种污染物质同时高效去除; ⑤开始将沸石对污染废水的处理应用从实验室到工业化的转变, 广泛应用于生产和生活的各个领域。