當(dāng)前國(guó)內(nèi)的污水處理成本高、效率低,許多企業(yè)為了自身的生存,不得不以犧牲環(huán)境為代價(jià),造成了我國(guó)水資源的惡化。尋找一種廉價(jià)的污水處理材料,降低污水的處理成本,提高凈化效率,已成為污水處理領(lǐng)域亟待解決的問題。我國(guó)沸石礦產(chǎn)資源十分豐富,總儲(chǔ)量居世界前列,通過研究我們可看出用改性沸石作為污水處理材料,具有以下諸多優(yōu)點(diǎn):
(1)儲(chǔ)量豐富,價(jià)廉易得;
(2)制備方法簡(jiǎn)單;
(3)可去除水中無機(jī)和有機(jī)污染物;
(4)具有較高的化學(xué)和生物穩(wěn)定性;
(5)容易再生。
在我國(guó)沸石在環(huán)保方面的開發(fā)利用與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比要晚的多。目前,我國(guó)沸石礦產(chǎn)資源的開發(fā)僅限于初級(jí)產(chǎn)品”并且多數(shù)僅處于試驗(yàn)研究階段,復(fù)合材料和深加工產(chǎn)品還屬于起步階段,為此,我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)沸石在污水處理方面的應(yīng)用研究,開發(fā)出價(jià)廉物美的新產(chǎn)品,并盡快將其轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)力,以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要,使廉價(jià)的沸石在環(huán)保行業(yè)發(fā)揮更大的作用,可以預(yù)言改性沸石將是取代傳統(tǒng)廢水處理材料的一個(gè)理想選擇,必將得到廣泛的應(yīng)用。
1、改性沸石處理廢水
改性沸石處理廢水中的重金屬離子工業(yè)廢水中的重金屬離子對(duì)環(huán)境的污染極大。沸石本身具有陽離子交換能力,改性后的沸石對(duì)陽離子的吸附能力更加突出。采用沸石處理工業(yè)廢水中的重金屬離子效果明顯,且有利于重金屬離子的回收利用。
采用稀無機(jī)酸(HCI、H2SO4、HNO3)改性天然沸石,試驗(yàn)表明改性后能增強(qiáng)其吸附性能。將改性后天然沸石用于處理Cr6+和Zn2+初始質(zhì)量濃度皆為17-32mg/L的電鍍廢水,可使出水中重金屬離子Cr6+、Zn2+濃度低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn),沸石經(jīng)鹽酸和氯化鈉混合液解吸再生后可重復(fù)使用,處理成本為1元/t左右。研究了CL-、F-共存時(shí),NaCl改性的Na型斜發(fā)沸石對(duì)廢水中Cu2+交換量及廢水深度凈化率的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)NH4CL預(yù)處理,NaCl改性的Na型斜發(fā)沸石深度凈化工業(yè)廢水中Cu2+時(shí),Cu2+的初始質(zhì)量濃度為20mg/L和40mg/l時(shí),可以忽略cl-、f-共存陰離子及其在溫度變化不大時(shí)對(duì)Na+和Cu2+水熱交換量的影響,廢水的Cu2+去除率可達(dá)97%以上,而Na型沸石的陽離子交換率僅達(dá)8%,因此在工業(yè)廢水的治理中na型斜發(fā)沸石有很好的應(yīng)用價(jià)值。將天然沸石經(jīng)用hcl及干燥等改性處理后,表面積明顯增加,從而提高了它的吸附能力,并對(duì)改性沸石處理含鉛廢水進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,在廢水pH值為4-12、Pb2+,質(zhì)量濃度為0-100mg/l,范圍內(nèi),按n(鉛):n(改性沸石)=1:200投加改性沸石進(jìn)行處理,鉛去除率在98%以上。將天然沸石進(jìn)行處理制備出多孔質(zhì)改性沸石顆粒%。在靜態(tài)條件下,研究了改性沸石顆粒對(duì)Pb2+初始質(zhì)量濃度為40mg/l、Zn2+初始質(zhì)量濃度為40mg/L、Ni2+初始質(zhì)量濃度為40mg/l的混和溶液的吸附效果及條件。此外對(duì)含pb2+、zn2+、ni2+質(zhì)量濃度分別為31.8mg/l、28.4mg/l、25.1mg/l的電鍍廢水進(jìn)行處理,結(jié)果表明,經(jīng)改性沸石顆粒吸附后,廢水中pb2+、zn2+、ni2+的濃度低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
改性沸石處理廢水中的含氧酸陰離子工業(yè)廢水中有大量的有害物質(zhì)以陰離子的形式存在,但是天然沸石吸附水溶液中的陰離子性能極差,可通過沸石改性增強(qiáng)其對(duì)陰離子的吸附能力,擴(kuò)展沸石在廢水處理中的應(yīng)用。
用溴化十六烷基三甲基銨(HDTMA)改性沸石,研究了制備HDTMA改性有機(jī)沸石的適宜條件及其對(duì)吸附重鉻酸根陰離子性能的影響。結(jié)果表明,在25℃、ph為6、有機(jī)沸石投加質(zhì)量濃度25mg/l條件下,可使水中初始質(zhì)量濃度為10mg/l的重鉻酸根陰離子的去除率達(dá)到98%。通過x-衍射以及繪制平衡吸附等溫曲線,探討了有機(jī)沸石的結(jié)構(gòu)及其吸附機(jī)理。采用HDTMA對(duì)Ca型沸石進(jìn)行了改性。結(jié)果表明,最適合的改性溫度為30℃,改性劑HDTMA溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%。另外考察了ph、改性沸石用量及振蕩時(shí)間對(duì)HDTMA改性沸石吸附去除水中鉻酸鹽效果的影響。結(jié)果表明,ph對(duì)吸附?jīng)]有顯著影響,隨著改性沸石用量的增加$振蕩時(shí)間的延長(zhǎng),鉻酸鹽的去除率升高。HDTMA改性Ca型沸石對(duì)水中鉻酸根離子的等溫吸附曲線呈雙“s”型。
2、改性沸石處理廢水中的有機(jī)物
改性沸石處理有機(jī)物廢水的應(yīng)用前景廣泛。改性沸石可以作為凈水劑,吸附飲用水中的有機(jī)物。根據(jù)城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃,2000年后第一、二類自來水公司將增加多項(xiàng)有機(jī)污染物控制指標(biāo),尤其在氯化物中將增加二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、三溴甲烷、對(duì)二氯苯、六氯苯等項(xiàng)目,要求總量控制在1ug/l。二氯甲烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氯乙烷、三溴甲烷都是極性小分子或較小分子的有機(jī)化合物屬于沸石易吸附物質(zhì)之列。天然水中的腐殖酸是帶有芳香族環(huán)基本結(jié)構(gòu)的高分子有機(jī)酸(相對(duì)分子質(zhì)量6003000),由于它們的分子較大,不可能進(jìn)入沸石孔隙”但這類分子帶有-COOH、C=O、-Nh2等強(qiáng)極性官能團(tuán),因而能被吸附在沸石的外表面除去。其他一些有機(jī)污染物如酚類、苯胺、苯醌等多為極性分子,分子直徑適中,可以被沸石吸附。采用HDTMA制備改性沸石”研究了改性沸石吸附水中有機(jī)物的影響因素。結(jié)果表明改性沸石對(duì)2,4-二氯苯酚具有很好的的吸附效果。用天然沸石礦粉與優(yōu)質(zhì)煤粉按一定的比例混勻,擠壓成型后”燒制成具有一定強(qiáng)度的多孔改性沸石顆粒,用于吸附處理染液和印染廢水,得到了較好的脫色效果,特別是與堿式氯化鋁混凝劑合用處理效果更佳,脫色率達(dá)到89.9%。用十六烷基三甲銨(CTMAB)改性天然沸石,探討了改性的適宜條件,研究了天然沸石類型、表面活性劑種類及其濃度對(duì)改性沸石吸附處理水中苯酚性能的影響。結(jié)果表明,CTMAB改性沸石在pH=8.0,投加質(zhì)量濃度為20g/l條件下,吸附處理苯酚初始質(zhì)量濃度為50mg/l的廢水,苯酚去除率為39.76%,性能較相應(yīng)的天然沸石好得多。通過x-衍射分析等手段探討了CTMAB改性沸石的結(jié)構(gòu)及其吸附機(jī)理。
3、改性沸石的再生方法(可查看經(jīng)驗(yàn):沸石人工濕地系統(tǒng)中沸石再生方法介紹)
根據(jù)改性沸石處理廢水的成分的不同,其再生方法也不同,常用的再生方法有:
(1)吸附了廢水中重金屬離子的改性沸石,用鹽酸濃縮回收其吸附的重金屬離子,再用堿液再生改性沸石;
(2)吸附了廢水中的含氧酸陰離子的改性沸石可用酸或鹽溶液洗脫再生;
(3)處理廢水中有機(jī)物的改性沸石,可通過灼燒,再用惰性氣體的反向吹掃等方式來實(shí)現(xiàn)再生。
這些再生方法簡(jiǎn)便易行,處理成本大大降低。
綜上所述,沸石應(yīng)用于水處理中還是比較新的技術(shù),所以還存在以下問題:
(1)在確定影響吸附效果的因素(如pH值、離子強(qiáng)度、有機(jī)物初始濃度、沸石用量、吸附的陰、陽離子等)、對(duì)沸石吸附去除各種污染物的性能、最佳吸附條件、吸附過程機(jī)理以及吸附有機(jī)物的脫附方法等方面還需做大量的研究工作;
(2)目前對(duì)于沸石及改性后的沸石在污水處理中的應(yīng)用及其作用機(jī)理、規(guī)律和影響因素的研究,國(guó)內(nèi)外學(xué)者已作了一些報(bào)道。但這些研究絕大多數(shù)還僅局限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模,且大多是用來處理水溶液”對(duì)于實(shí)際廢水中污染物的吸附處理研究的還較少,造成這種狀況的主要原因是因?yàn)閷?shí)際污水來源不同,成分復(fù)雜,用來處理廢水的沸石必須進(jìn)行有針對(duì)的改性”而且在處理實(shí)際污水時(shí)的條件和再生條件也需要研究,因此限制了改
性沸石在廢水處理領(lǐng)域的快速推廣。