沸石滤料在水处理中的作用.docx

沸石滤料在水处理中的作用 沸石(Zeolite)为一种天然而廉价的多孔性非金属矿物质，是结晶阴离子型含水的碱土或碱金 属铝硅酸盐。自然界已发现的沸石有30多种，较常见的有方沸石、菱沸石、钙沸石、片沸 石、钠沸石、丝光沸石、辉沸石等，都以含钙、钠为主。纯净的各种沸石均为无色或白色， 但可因混入杂质而呈各种浅色。比重介于210?213，含钡的则可达215?218。沸石可分为 天然沸石和人造沸石两大类。天然沸石耐高温、耐酸(碱)性、耐辐射、机械强度大、以及成 本低、储量大等特点。沸石的用途十分广泛，可以做催化剂、水质软化剂、干燥剂、离子交 换剂、吸附剂等。工业上常用作分子筛，用来废水处理、海水淡化、硬水软化、净化气体等， 尤其是高硅沸石作为分子筛催化剂在催化领域的研究应用较多。开发和利用沸石处理废水， 在我国有巨大的潜力，本文将着重进行讨论。 1、去除废水中的氨氮 水体中氨氮含量增加会导致水体富营养化，藻类大量繁殖，溶解氧锐减，水质严重恶化，从 而破坏水生态平衡。因此，有效控制和降低污水中氨氮含量已成为现代污水处理技术的一项 新课题。笔者对沸石去除氨氮行为进行了实验研究。经实验摸索对比，确定采用氯化钠溶液 改性效果比较好，其最佳浓度为019mol/L，见图1。沸石除氨去除氨氮的结果表明，废水的 pH值对沸石除氨有很大的影响，在pH值为617时达到最大交换容量。 MaCl 浓度 /mol - L1 图1NaCl溶液浓度对沸石除氨的影响 经分析得出，原因是氨氮在水溶液中的存在形态随pH值的不同有变化，其存在情况见图2。 图2水中NH4+和 NH3存在比例 其化学平衡式为：NH3(g)+nH2O(l)=NH3 ? nH2O=NH4++OH-+(n-1)H2O 当 pH 值较低时，氨氮 主要以NH4+的形态存在，主要发生的是离子交换作用，另外也伴随着吸附作用，同时H+ 会与NH4+发生竞争；而当pH值较高时，NH4+会转变为NH3，主要进行的是吸附作用，也 伴随着离子交换作用，同时pH值过高时会有部分NH3逃逸出废液主体，均影响了沸石对氨 氮的去除。此外，有生物膜的沸石对氨氮的吸附容量要高于无生物膜的沸石，其等温交换曲 线均符合Freundiich吸附等温式；沸石的吸附容量随着悬浮物浓度的升高而降低，两者呈负 指数关系。悬浮物对沸石交换的影响主要在孔扩散控制阶段，在膜扩散控制阶段的影响较小。 2、 去处废水中的重金属离子 锌、铬、镍等重金属离子是造成环境污染、对人体极为有害的物质，消除方法有活性炭吸附 法、溶剂萃取法、离子交换法。而沸石几乎对水中所有的重金属离子都有去除作用，实验表 明，采用HCl和NaCl活化过的沸石()处理以上3种重金属离子效果比较好， 被沸石吸附交换的重金属离子还可以浓缩回收，沸石经处理后还可以循环再生使用。笔者研 究了活性沸石对电镀废水中重金属离子的交换吸附作用。经处理后，废水中锌、镉、镍的含 量均低于国家标准。经表面活性剂改性的沸石，尤其是阳离子表面活性剂改性的沸石，在保 持原有去除重金属离子、氨根离子、和其它无机物及某些有机物的能力的同时，还可以有效 去除水中的含氧酸根，并大大提高其去除有机物的能力。 3、 去除饮用水中的氟 氟为一种有毒的物质饮用水中氟的含量过高，容易使儿童患氟斑病和氟骨症。实验时对沸石 除氨的机理进行了探究，实验结果表明，未改性沸石除氨机理主要是物理吸附，原因是沸石 具有疏松多空的结构，比表面积大，吸附能力强。改性沸石(经2mol/L的AlCl3溶液改性)的 除氟机理为物理吸附和化学吸附法，经改性后，沸石的多空结构和大的比表面积使化学吸附 点增多，F-可以比较充分地与Al3+结合生成氟化铝化合物，达到除氟的目的，进而符合国家 饮用水标准。 4、 用于海水淡化 利用沸石的交换功能，人工合成的银离子交换沸石，加少许活性炭等物质，制成化学脱盐剂 使海水脱盐，其主要成分是银式泡沸石，因为成本较高，所以目前只适用于军队紧急救生用。 其作用原理为：沸石为一种无机离子交换树脂，它具有交换阳离子的能力，银离子能与氯离 子反应生成氯化银沉淀，因此，银式泡沸石能去除氯、钠、钙、镁等离子；氢型强酸性阳离 子交换树脂，也能去除钠、钙、镁等离子，氢氧化钡的作用是除去镁、硫酸根离子，这些作 用如下列反应式所示AgZ(银式泡沸石)+Na+(或Ca2+、Mg2+)+Cl- - NaZ+AgCl I Ba(OH)2+Mg2++SO42-f Mg(OH)2 I+BaSO4 I 通过上述反应，Mg2+、Cl-、SO42-等离子都成为 不溶性的沉淀物，这些沉淀物经过滤装置分离除去后，滤过水便可供饮用。 5、 去除放射性物质 利用沸石的离子交换性能，可以消除水中的放射性137Cs和90Sr，尤其是对放射性物质137Cs 的选择性，远远