利用天然非金屬礦產(chǎn)來進行水處理由于成本較低,無二次污染,逐漸成為當前環(huán)保研究的熱點之一。沸石是一種含水的堿金屬或堿土金屬的硅鋁酸礦物,分子式一般可表示為M2/nO·Al2O3·XSiO2·YH2O,其中n為陽離子的化合價。沸石骨架最基本單元結(jié)構(gòu)是以Si為中心,形成4個頂點有氧配置的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)氧四面體通過橋氧連接,在平面上顯示為多種封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu),在三維空間上可形成多種形狀的規(guī)則多面體,并構(gòu)成沸石相互連接的多維孔穴群或孔道體系。正因為沸石具備網(wǎng)架狀的特殊空間結(jié)構(gòu)和相互連接的孔穴和孔道,使得其比表面積極大(400~800m2/g)。另外,由于沸石構(gòu)架上的堿和堿土金屬離子極易與水溶液中的陽離子發(fā)生交換作用,從而使沸石具有良好的吸附、交換性能。由于沸石具備孔隙度高、比表面積大、表面粗糙以及吸附性能良好等特點,可吸附有極性的分子和細菌,對細菌有富集作用。沸石的微孔結(jié)構(gòu)適于微生物生長繁殖,對微生物無毒害,因此沸石是一種理想的生物載體。
首次提出了“生物沸石”的概念,即以沸石作為微生物生長的載體,借助沸石內(nèi)部富有空穴和孔道的結(jié)構(gòu)特點,通過吸附富集極性分子和細菌,創(chuàng)造微生物生長條件,使沸石表面生長一層生物膜,以同時發(fā)揮沸石的吸附性能和生物膜的作用,去除水中的污染物質(zhì)。研究表明生物沸石可以改進沸石的水處理特性,使生物、沸石共同起作用。例如用它與混凝沉淀相結(jié)合,能高效去除水中氨氮、亞硝酸鹽氮、錳、有機物、嗅和味、改善色度等;還能利用沸石表面富集的硝化細菌群,將吸附的多量氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮,從而空出吸附位,達到原位再生的目的。另有研究表明沸石富集水體中的微生物,在充足的溶解氧條件下,微生物在沸石表面形成生物膜,同時沸石自身表面有機物的分解可使以有機物為養(yǎng)料的微生物生長繁殖,使得沸石在一定程度上得以再生,大大延長了生物沸石的使用周期。
本文針對生物沸石在水污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用進展加以綜述,旨在總結(jié)國內(nèi)外關(guān)于生物沸石在水處理應(yīng)用中的研究進展,并基于水處理工程的發(fā)展趨勢,探討其今后值得重點研究的問題,以期能為生物沸石的深入研究及其在水環(huán)境污染防治中的廣泛應(yīng)用提供一定的參考。