利用天然非金屬礦產來進行水處理由于成本較低,無二次污染,逐漸成為當前環保研究的熱點之一。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構是以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狀結構,在三維空間上可形成多種形狀的規則多面體,并構成沸石相互連接的多維孔穴群或孔道體系。正因為沸石具備網架狀的特殊空間結構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,由于沸石構架上的堿和堿土金屬離子極易與水溶液中的陽離子發生交換作用,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。沸石的微孔結構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,借助沸石內部富有空穴和孔道的結構特點,通過吸附富集極性分子和細菌,創造微生物生長條件,使沸石表面生長一層生物膜,以同時發揮沸石的吸附性能和生物膜的作用,去除水中的污染物質。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域的應用進展加以綜述,旨在總結國內外關于生物沸石在水處理應用中的研究進展,并基于水處理工程的發展趨勢,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境污染防治中的廣泛應用提供一定的參考。