摘要：主要介紹了沸石的工藝特性及其在水處理中的應(yīng)用。沸石的吸附、離子交換等特性使其可用于去除廢水中的氨、氮、重金屬等污染物。我國(guó)及江西省沸石礦產(chǎn)資源相對(duì)豐富，價(jià)格相對(duì)低廉，廣泛開發(fā)利用沸石處理廢水，具有廣闊的應(yīng)用前景。

表面極性強(qiáng)的多孔性含水鋁硅酸鹽晶體的統(tǒng)稱為沸石，它是一種天然廉價(jià)的多孔物質(zhì)，具有比表面積大，表面粗糙，截污能力強(qiáng)等特性。我國(guó)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的沸石以斜發(fā)沸石、絲光沸石為主，其中大多數(shù)分布于我國(guó)東部及中部地區(qū)，另還在不同省市發(fā)現(xiàn)菱沸石、方沸石、片沸石、鈣十字沸石、濁沸石、鈉沸石等10余種不同種類的沸石。全國(guó)共有21個(gè)地區(qū)發(fā)現(xiàn)沸石150多處，其中已經(jīng)開采的多達(dá)50余處，其中江西地區(qū)以斜發(fā)沸石為主，包括撫州、贛州、吉安等地。

1 沸石概述

沸石中主要含有Na、Ca及少數(shù)的K.Mg等金屬離子。其晶格中的孔穴里的Na、Ca.K等陽(yáng)離子的格架結(jié)構(gòu)并不緊密，若溶于水里，易與周圍水溶液里的陽(yáng)離子發(fā)生交換作用，且交換后的沸石結(jié)構(gòu)并不被破壞，故沸石不僅可被陽(yáng)離子交換，而且由于結(jié)構(gòu)不受破壞，還可以再生重復(fù)利用。

2 沸石的工藝特性

1)吸附性能

由于大多數(shù)沸石中的孔穴、通道占沸石總體積一般都不小于50%，且具有大量的均勻微孔，加上其特殊的分子結(jié)構(gòu)易形成靜電引力。當(dāng)沸石中占大多數(shù)體積的孔穴、通道有空缺時(shí)，沸石即會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附能力。沸石的孔穴、通道中還含有一定數(shù)量的沸石水，當(dāng)溫度加熱到200℃~500℃左右沸石水即可逸出，此時(shí)沸石得到活化。活化的沸石，在一定的物理化學(xué)條件下，即可選擇性吸附其它物質(zhì)。選擇性吸附即是指能小于沸石直徑的分子可被吸附，而大于沸石直徑的分子被隔離在沸石外部。

2)離子交換性能。

沸石的空間結(jié)構(gòu)是硅\鋁氧四面體，其結(jié)構(gòu)中空穴里的K、Na、Ca等陽(yáng)離子和水分子與格架結(jié)合得不緊，氧原子中有的價(jià)鍵未得到中和，使整個(gè)沸石帶有負(fù)電。因此，為保證沸石的電中和性，其可與周圍水溶液里的陽(yáng)離子發(fā)生交換作用，且交換后的沸石結(jié)構(gòu)并不被破壞。同樣，沸石的離子交換性能也具有選擇性。

3)催化性能

沸石具有很大的吸附表面，當(dāng)某種反應(yīng)物寄附于沸石表面時(shí)，其大孔穴可容納一定數(shù)量的物質(zhì)，從而促使化學(xué)反應(yīng)在其表面加速進(jìn)行。且反應(yīng)生成的新物質(zhì)還可以從沸石內(nèi)部釋放出來，整個(gè)過程并不破壞沸石的結(jié)構(gòu)。因此，沸石可作為某些化學(xué)反應(yīng)的催化劑或催化載體。

4)其它性能及改性

沸石除了具有吸附、離子交換、催化性能外，還具有熱穩(wěn)定性和耐酸性等其它性能。不同種類的沸石的熱穩(wěn)定性和耐酸性等均有所不同。

通常沸石應(yīng)用可先將其進(jìn)行改性，其中常用的改性方法包括化學(xué)藥劑處理、加熱處理、酸堿處理等。改性可使沸石的比表面積增加、吸附能力增強(qiáng)、表面活性增加,離子交換能力增強(qiáng)等，從而使沸石得到更多的應(yīng)用。

3 沸石在水處理中的應(yīng)用

沸石具有無毒、廉價(jià)并可再生等優(yōu)點(diǎn)，若能應(yīng)用于水處理中，不但能有效地利用其吸附、離子交換等性能，還能有效降低水處理的成本。沸石及經(jīng)過改性處理的沸石應(yīng)用于水處理主要包括以下幾個(gè)方面。

1)利用沸石去除氨、氮和磷

沸石在水處理中的應(yīng)用較為廣泛，其中應(yīng)用廣泛的是利用其脫氮除氮的能力。而對(duì)磷的去除能力是因?yàn)槠漭^強(qiáng)的吸附能力。不同種類的天然沸石對(duì)氨氮和磷的離子去除能力不同。其中斜發(fā)沸石的氨氮去除能力較強(qiáng)。剛接觸污水時(shí)，沸石的吸附和離子交換能力較強(qiáng)，對(duì)氨氮、磷較強(qiáng)的去除率。而隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，沸石本身的去除能力逐漸下降。與此同時(shí)，在污水中的時(shí)間一長(zhǎng)，沸石表面容易形成生物膜，此生物膜對(duì)氨氮及磷亦有很強(qiáng)的去除能力。此外，沸石可利用物理化學(xué)法、化學(xué)法等進(jìn)行改性，增強(qiáng)沸石的吸附、離子交換能力，從而使其對(duì)氨氮的去除能力更強(qiáng)。鑒于沸石以氨氮及磷的去除能力，常將沸石用于富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理當(dāng)中，也可選用適宜的沸石作為濕地處理中的填料，不僅解決了填料成本的控制，也有效地利用濕地填料對(duì)有害物質(zhì)的去除能力。另外，還可利用沸石對(duì)污泥進(jìn)行脫氮除磷處理。

2)沸石去除水中的重金屬離子

除了利用天然或改性的沸石脫氮除磷外，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，改性后的沸石對(duì)重金屬的去除效果較好。通常利用酸堿處理后的沸石，也可利用NaCl對(duì)其進(jìn)行了改性。改性后沸石對(duì)污水中鉛、鋅、鎘、鎳、銅、銫、鍶等均具有吸附作用。被沸石吸附交換的重金屬離子可濃縮回收。此外，用于去除重金屬離子的沸石經(jīng)處理后仍可被再生使用。與一般的重金屬處理方法相比，沸石具有處理能力大，處理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

3)利用沸石去除水中的有機(jī)污染物

污水中的污染物主要的各種不同類型的有機(jī)污染物。沸石的吸附能力不僅能吸附水中的氨氮及磷，還能一定程度地去除水中的有機(jī)污染物。沸石可處理污水中的極性有機(jī)物，其中包括常見的有機(jī)污染物如酚類、苯胺、氨基酸等。另外，可利用活性炭與沸石一起可提高其對(duì)水中有機(jī)物的去除能力。

4)利用沸石去除飲用水的氟

近年來，飲用水中氣含量偏高越來越受到人們的重視。實(shí)驗(yàn)證明，利用NaOH處理后的沸石對(duì)水中的氟具有一定的去除能力。利用沸石處理含氟水基本可達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，且工藝簡(jiǎn)單，處理效率穩(wěn)定，處理成本低。

5)利用沸石去除放射性物質(zhì)

可利用沸石的離子交換性能去除水中的放射性物質(zhì)。交換了放射性離子的沸 石被熔化后可將放射性離子永久地固定在晶格內(nèi)，從而防止放射性物質(zhì)的再度污染。

4 應(yīng)用前景

到目前為止，沸石在水處理領(lǐng)域已有一定程度的應(yīng)用。但由于不同污水的來源各不相同，成分也相對(duì)復(fù)雜，實(shí)際操作條件的限制等不同因素的影響，使沸石應(yīng)用于水處理暫時(shí)多數(shù)處于實(shí)驗(yàn)研發(fā)階段，大面積地實(shí)際應(yīng)用工程暫時(shí)較少。應(yīng)加強(qiáng)沸石有效活化、再生方法；沸石與其他技術(shù)相結(jié)合的有效污水處理方法；沸石水處理方面應(yīng)用深層機(jī)理分析等方面的研究。使沸石在水處理方面的應(yīng)用得以產(chǎn)業(yè)化。且我國(guó)沸石資源相對(duì)豐富，總儲(chǔ)量居世界前列。江西省內(nèi)沸石資源也相對(duì)豐富。若大面積地采用存量較豐富的沸石取代昂貴少量的其它水處理材料用于水處理領(lǐng)域，適應(yīng)現(xiàn)階段中國(guó)水處理需求。