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天然膨润土和沸石在水处理中的应用

发布时间:2019-11-08     浏览次数:73

随着我国经济的迅猛发展,人民的生活水平有了很大提高,但是伴之而来的还有日益严重的环境污染问题。监测资料表明,7大河流流经的15个主要城市河段,有13个河段污染严重,许多城市的地表水和地下水水质恶化,饮用水源受到污染威胁;1997年,我国污水排放总量达450亿t,基本上未经治理直接排放,使我国水资源受到严重污染,已经到了必须治理的程度。我国已把环境保护作为我国的基本国策,环境保护日益成为中国政府经济社会发展战略和政策体系的重要组成部分。国家“九五”计划和2010年远景目标对水环境保护提出了很高的要求,到2000年,全国污水排放总量要控制在480亿t,并进行一定程度的处理;其中工业废水处理率要达到74%,城市生活污水集中处理率要达到25%。要大力推行生活污水的集中处理和工业废水的综台治理,有效控制石油类、氰化类、砷、重金属等有害物质的排放,实现达标排放。但是,由于技术条件的限制。目前国内的污水处理仍然成本高、效率低,许多企业为了自身生存,不得不以牺牲环境为代价,造成水资源污染的恶化。寻找一种较为廉价的污水净化材料。降低污染水的处理成本,提高净化效率,已成为污水处理中亟待解决的问题。

膨润土和沸石均是以硅铝酸盐为主的矿物。硅铝结构本身带负电荷,此负电荷被K、Na等阳离子平衡,使其具有很好的离子交换能力;膨润土和沸石均具有很大的表面积,使其具有较大的吸附能力。良好的阳离子交换能力和吸附性能为它们在污水处理中的应用奠定了基础。找国膨润土资源十分丰富,应用天然膨润土和沸石开发污水处理新材料,无疑是解决我国污水处理的一条可行之路。

将膨润土和沸石应用于污水处理,已经引起人们的高度重视。简述如下。

1、天然膨润土和沸石在水处理中的应用

膨润土和沸石具有较大的比表面积及离子交换容量,吸附性能较好,可用于废水中重金属等污染物的吸附处理。崔龙鹏一展望了粘土矿物在淮河水污染治理中的应用前景;用膨润土吸附处理干电池溶液中的重金属;杭瑚等用嘭润土吸附一絮凝法处理废水中的有机染料,发现膨润土最适台于处理主要含阳离子染料的印染废水,脱色率可达到或接近于100%;通过实验证明了天然沸石对水体中乳化油类有显苦的去除作用.是一种优良的深度除油新材料;用沸百处理含铬废水进行研究。结果表明:室温下.当废水pH≥4.Cr3≤300mg/L时,按铬与沸石量比1:500投加沸石。铬去除率大于99%,出水达排敢标准沸石对Cr3有较强的去除能力,对含Cr3的废水,可用FeSO还原后再进行处理;用天然斜发拂石对旅游区三级污水厂的污水进行净化,去除COD和氮的效果均优于细沙粒,排水可完全达到灌溉标准。

2、改性膨润土和沸石在废水处理中的应用

由于膨润土和沸石表面硅氧结构极强的亲水性及结构外部阳离子的水解。故天然的膨润土和沸石吸附处理有机物的性能极差;由于硅氧结构本身带负电荷.故原土不能去除水中的阴离子污染物。为了提高原土处理污水的能力.在使用膨润土和沸石处理废水时一般先对其进行改性。

改性时,可用酸、氧化剂、还原剂等或通过加热使原土活化或用金属盐等无虮物对原土进行改性,进一步改善其吸附性能。试验了常压下碱度和温瘦对斜发沸石交换容量的影响;用金属离子(铝盐一镁盐)对凹凸棒石和膨润土进行改性.研究了其对水中活性艳红染料的吸附脱色作用,并发现改性膨润土还具有一定的光化学催化降辑作用;将天然蒙脱石经钠化和无机聚台物改性后,大幅度地提高了天然蒙脱石粘土对有机污染物的吸附能力;用经过硫酸活化和热处理后的改性膨润土去除水中的有机含氮化合物,研究了处理百草枯、二硫化四甲秋兰姆等的水溶液时的最佳酸浓度和温度。

近年来,用有机物改性的膨润土和沸石,特别是用表面活性剂改性的膨润土和沸石,得到了广泛的研究。天然膨润土和沸石经有机物改性后,对水中污染物的去除能力有了很大的提高。

发现,表面改性的沸石,特别是用阳离子表面活性剂改眭的沸石,在保持原来去除重金属离子、铵离子和其他无机物及某些有机物能力的同时,还可有效去除水中的含氧酸阴离子,并大大提高了其去除有机物的能力。对表面改性的沸石在污水处理中的应用进行了较系统的研究,他们用经HDTMA、MPP改性的沸石去除水中的无机阳离子(Pb2)、无机含氧酸阴离子(铬酸根、硫酸根硒酸根、钼酸根等)和非极性有机化合物(苯、甲苯、二甲苯、乙苯、1.1,1-三氯乙烷、全氯乙烯);研究了有机物改性沸石的化学和生物稳定性,发现在强酸性条件(pH=3)、强碱性条件(pH:9)、还原条件(0.1MNa2S204)、氧化条件(5%)和高离子强度条件(1.OMCaa)F长期使用,90%以上的有机物改性剂仍然保留在沸石上。在有氧和厌氧条件下使用2~4个月,95%以上的有机物改性沸石保持不变,且改性沸石不影响水中微生物的活性;E;0w还试验了表面改性沸石的再生条件、铬酸盐饱和的改性沸石可用碳酸钠/氢氧化钠溶液冲洗再生,全氯乙烯饱和的沸石可用空气吹脱法再生。这些再生方法都可原位进行,再生后可恢复初始吸附能力国内的朱利中等。。对有机膨润土在污水处理中的应用进行了较系统的研究,分别用HDTMA、OTMAB、DTMAB、CPC、TPC改性膨润土,研究了有机膨润土处理水中苯酚、苯胺、对硝基苯、萘胺、萘酚、硝基苯和某些染料l2的适宜条件;并将有机膨润土与Ak(S04)3联用处理废水,可降低COD值,提高污染物的去除率,且大大加快了固液分离速度。

3、膨润土和沸石去除水中污染物的机理、规律和影响因素

在对用有机膨润土处理水中污染物进行系统研究的基础上,得出:有机膨润土的层间距和对有机物的去除率随改性时所用表面活性剂的碳链长度和加入量的增加而增大,当加入量达到原土的阳离子交换容量时,去除率和层间距达到最大值;有机物的辛醇一水分配系数越大,有机膨润土对其去除率也越大。探讨了两娄季铵盐阳离子改性的有机膨润土的吸着机理:

一类是短链烷基季铵盐(四甲基铵、甲己基铵、三甲基苄基铵)改性的膨润土,此种有机膨润土通过吸附作用吸收水中有机物,吸收是非线性的,溶质保留较强;另一类是含长链烷基的(CH)N‘R(R为C2~C8的烷基)型季铵盐改性的膨润土,它通过分配作用吸收水中有机物,吸收是线性的,溶质保留较弱;还研究了用单一或两种季铵盐阳离子改性的膨润土吸附非极性有机污染物的性能。就N型斜发沸石对碱金属及碱土金属离子的交换选择性和斜发沸石的耐热、耐硝酸性进行了研究。EGonalez—Pradas等酬研究了膨润土用硫酸(025~2OON)活化和热处理(110-400℃)后,表面性质的变化规律。发现:随着酸浓度的增大,膨润土的表面酸中心和微孔体积增加;在实验的温度和酸度范围内,经2OON硫酸活化和ll&C处理的嘭润土,有撮大的表面积研究了HDTMA改性的潍石去除水中污染物的机理:由于大的表面活性剂分子不能进入沸石孔穴内部,表面活性剂分子仅仅在沸石表面的作用点发生作用,从而保留了其内部阳离子与无机阳离子进行交换的能力;由于表面活性剂疏水的长碳链的相互作用,在沸石表面形成了类似胶束的一层覆盖物,非极性有机化台物由于在沸石表面表面活性剂形成的有机相中的分配而被去除、含氧酸阴离子由于和表面活性剂形成沉淀被去除。研究了在用HDT.VDt改性沸石及随后的铬酸根吸附过程中,抗衡离子(Br、C1、HSO4)的影响,发现HDTMA在沸石表面的吸附顺序是HDTMABr>HDTMACI>HDTMA—HSO4,而铬酸根的吸附顺序是HDTMA—HS04>HDTMAC1>HDTMABr;他们还研究了改性沸石对全氯乙烯的去除规律,发现全氯乙烯的去除率和改性潍石的有机碳含量和表面活性剂分子在潍石表面的构型有关,当表面活性剂分子在沸石表面处于单层状态时,全氯乙烯的去除效果最好。用傅利叶变换拉曼光谱研究了有机物改性沸石对铬酸根的去除机理。研究了天然沸石对污水中重金属离子cd(Ⅱ)、cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附过程,实验表明其过程为Langmuir等温吸附,他们根据实验数据计算了吸附过程的标准自由能变化、焓变和熵变。使用A型沸石除去污水中重金属离子ca(1I),从实验数据中计算了选择系数和交换分数,同时也计算了吸附过程的标准自由能变化、焓变和熵变。

存在问题及应用前景

综上所述,对于天然膨润土和沸石及改性后的膨润土和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。但是,目前这些研究还仅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。造成这种状况主要是因为:膨润土是一种粉末状粘土,经水浸泡后发生溶胀,形成泥浆,固液很难分离。解决的方法是在用于污水处理前,先把嘭润土加工成一定的形状,经过一定处理后使其在水中能够保持这种形状。因此,适宜的加工条件是将膨润土用于实际污水处理时必须解决的首要问题;(2)实际污水由于来源不同,成分复杂。因此,处理污水时的条件和随后的再生条件的研究就需具体问题具体分析,限制了此方法的快速推广。目前,找们课题小组正致力于解决以上困难。尽管如此,通过前人的研究我们仍可看出用改性膨润土或沸石作为污水处理剂,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、可去除水中无机的和有机的污染物;

4、具有较高的化学和生物稳定性;

5、容易再生。

因此,可以预言有机物改性的膨润土或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。

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