当前国内的污水处理成本高、效率低,许多企业为了自身的生存,不得不以牺牲环境为代价,造成了我国水资源的恶化。寻找一种廉价的污水处理材料,降低污水的处理成本,提高净化效率,已成为污水处理领域亟待解决的问题。我国Zeolite矿产资源十分丰富,总储量居世界前列,通过研究我们可看出用改性沸石作为污水处理材料,具有以下诸多优点:
(1)储量丰富,价廉易得;
(2)制备方法简单;
(3)可去除水中无机和有机污染物;
(4)具有较高的化学和生物稳定性;
(5)容易再生。
在我国沸石在环保方面的开发利用与国外先进国家相比要晚的多。目前,我国沸石矿产资源的开发仅限于初级产品”并且多数仅处于试验研究阶段,复合材料和深加工产品还属于起步阶段,为此,我国应加强沸石在污水处理方面的应用研究,开发出价廉物美的新产品,并尽快将其转化为工业生产力,以适应社会发展的需要,使廉价的沸石在环保行业发挥更大的作用,可以预言改性沸石将是取代传统废水处理材料的一个理想选择,必将得到广泛的应用。
1、改性沸石处理废水
改性沸石处理废水中的重金属离子工业废水中的重金属离子对环境的污染极大。沸石本身具有阳离子交换能力,改性后的沸石对阳离子的吸附能力更加突出。采用沸石处理工业废水中的重金属离子效果明显,且有利于重金属离子的回收利用。
采用稀无机酸(HCI、H2SO4、HNO3)改性天然沸石,试验表明改性后能增强其吸附性能。将改性后天然沸石用于处理Cr6+和Zn2+初始质量浓度皆为17-32mg/L的电镀废水,可使出水中重金属离子Cr6+、Zn2+浓度低于国家排放标准,沸石经盐酸和氯化钠混合液解吸再生后可重复使用,处理成本为1元/t左右。研究了CL-、F-共存时,NaCl改性的Na型斜发沸石对废水中Cu2+交换量及废水深度净化率的影响规律。实验结果表明,经NH4CL预处理,NaCl改性的Na型斜发沸石深度净化工业废水中Cu2+时,Cu2+的初始质量浓度为20mg/L和40mg/l时,可以忽略cl-、f-共存阴离子及其在温度变化不大时对Na+和Cu2+水热交换量的影响,废水的Cu2+去除率可达97%以上,而Na型沸石的阳离子交换率仅达8%,因此在工业废水的治理中na型斜发沸石有很好的应用价值。将天然沸石经用hcl及干燥等改性处理后,表面积明显增加,从而提高了它的吸附能力,并对改性沸石处理含铅废水进行了试验研究。结果表明,在废水pH值为4-12、Pb2+,质量浓度为0-100mg/l,范围内,按n(铅):n(改性沸石)=1:200投加改性沸石进行处理,铅去除率在98%以上。将天然沸石进行处理制备出多孔质改性沸石颗粒%。在静态条件下,研究了改性沸石颗粒对Pb2+初始质量浓度为40mg/l、Zn2+初始质量浓度为40mg/L、Ni2+初始质量浓度为40mg/l的混和溶液的吸附效果及条件。此外对含pb2+、zn2+、ni2+质量浓度分别为31.8mg/l、28.4mg/l、25.1mg/l的电镀废水进行处理,结果表明,经改性沸石颗粒吸附后,废水中pb2+、zn2+、ni2+的浓度低于国家排放标准。
改性沸石处理废水中的含氧酸阴离子工业废水中有大量的有害物质以阴离子的形式存在,但是天然沸石吸附水溶液中的阴离子性能极差,可通过沸石改性增强其对阴离子的吸附能力,扩展沸石在废水处理中的应用。
用溴化十六烷基三甲基铵(HDTMA)改性沸石,研究了制备HDTMA改性有机沸石的适宜条件及其对吸附重铬酸根阴离子性能的影响。结果表明,在25℃、ph为6、有机沸石投加质量浓度25mg/l条件下,可使水中初始质量浓度为10mg/l的重铬酸根阴离子的去除率达到98%。通过x-衍射以及绘制平衡吸附等温曲线,探讨了有机沸石的结构及其吸附机理。采用HDTMA对Ca型沸石进行了改性。结果表明,最适合的改性温度为30℃,改性剂HDTMA溶液质量分数为1.5%。另外考察了ph、改性沸石用量及振荡时间对HDTMA改性沸石吸附去除水中铬酸盐效果的影响。结果表明,ph对吸附没有显著影响,随着改性沸石用量的增加$振荡时间的延长,铬酸盐的去除率升高。HDTMA改性Ca型沸石对水中铬酸根离子的等温吸附曲线呈双“s”型。
2、改性沸石处理废水中的有机物
改性沸石处理有机物废水的应用前景广泛。改性沸石可以作为净水剂,吸附饮用水中的有机物。根据城市供水行业2000年技术进步发展规划,2000年后第一、二类自来水公司将增加多项有机污染物控制指标,尤其在氯化物中将增加二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、三溴甲烷、对二氯苯、六氯苯等项目,要求总量控制在1ug/l。二氯甲烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氯乙烷、三溴甲烷都是极性小分子或较小分子的有机化合物属于沸石易吸附物质之列。天然水中的腐殖酸是带有芳香族环基本结构的高分子有机酸(相对分子质量6003000),由于它们的分子较大,不可能进入沸石孔隙”但这类分子带有-COOH、C=O、-Nh2等强极性官能团,因而能被吸附在沸石的外表面除去。其他一些有机污染物如酚类、苯胺、苯醌等多为极性分子,分子直径适中,可以被沸石吸附。采用HDTMA制备改性沸石”研究了改性沸石吸附水中有机物的影响因素。结果表明改性沸石对2,4-二氯苯酚具有很好的的吸附效果。用天然沸石矿粉与优质煤粉按一定的比例混匀,挤压成型后”烧制成具有一定强度的多孔改性沸石颗粒,用于吸附处理染液和印染废水,得到了较好的脱色效果,特别是与碱式氯化铝混凝剂合用处理效果更佳,脱色率达到89.9%。用十六烷基三甲铵(CTMAB)改性天然沸石,探讨了改性的适宜条件,研究了天然沸石类型、表面活性剂种类及其浓度对改性沸石吸附处理水中苯酚性能的影响。结果表明,CTMAB改性沸石在pH=8.0,投加质量浓度为20g/l条件下,吸附处理苯酚初始质量浓度为50mg/l的废水,苯酚去除率为39.76%,性能较相应的天然沸石好得多。通过x-衍射分析等手段探讨了CTMAB改性沸石的结构及其吸附机理。
3、改性沸石的再生方法(可查看经验:沸石人工湿地系统中沸石再生方法介绍)
根据改性沸石处理废水的成分的不同,其再生方法也不同,常用的再生方法有:
(1)吸附了废水中重金属离子的改性沸石,用盐酸浓缩回收其吸附的重金属离子,再用碱液再生改性沸石;
(2)吸附了废水中的含氧酸阴离子的改性沸石可用酸或盐溶液洗脱再生;
(3)处理废水中有机物的改性沸石,可通过灼烧,再用惰性气体的反向吹扫等方式来实现再生。
这些再生方法简便易行,处理成本大大降低。
综上所述,沸石应用于水处理中还是比较新的技术,所以还存在以下问题:
(1)在确定影响吸附效果的因素(如pH值、离子强度、有机物初始浓度、沸石用量、吸附的阴、阳离子等)、对沸石吸附去除各种污染物的性能、最佳吸附条件、吸附过程机理以及吸附有机物的脱附方法等方面还需做大量的研究工作;
(2)目前对于沸石及改性后的沸石在污水处理中的应用及其作用机理、规律和影响因素的研究,国内外学者已作了一些报道。但这些研究绝大多数还仅局限于实验室规模,且大多是用来处理水溶液”对于实际废水中污染物的吸附处理研究的还较少,造成这种状况的主要原因是因为实际污水来源不同,成分复杂,用来处理废水的沸石必须进行有针对的改性”而且在处理实际污水时的条件和再生条件也需要研究,因此限制了改
性沸石在废水处理领域的快速推广。