天然沸石是自然界中廣泛存在的具有骨架結(jié)構(gòu)的多孔性、含水、鋁硅酸鹽，可用化學(xué)式M2/xO·Al2O3·nSiO2·mH2O，式中M分別為一價和二價金屬(通常為鈉、鉀、鈣、鍶、鋇等)，n為沸石的硅鋁比，m為水分子數(shù)。沸石的最基本構(gòu)成單元是硅氧四面體[SiO4]和鋁氧四面體[AlO4]，硅(鋁)氧四面體通過四面體頂點的氧原子互相連接起來，這種結(jié)構(gòu)形成了可為陽離子和水分子所占據(jù)的大孔穴。這些陽離子和水分子有較大的移動性，可以進(jìn)行陽離子交換和可逆的脫水。沸石的這種結(jié)構(gòu)決定了其具有吸附、陽離子交換性以及良好的熱穩(wěn)定性和耐酸性，因而以不同的形式被應(yīng)用在水處理中。

天然沸石具有較強的離子交換能力，但由于天然沸石形成時受到各種環(huán)境條件的影響，純度不夠高，孔道不夠均勻、孔道內(nèi)雜質(zhì)過多，而單獨使用無法發(fā)揮到最佳的性能。采用化學(xué)的手段對沸石進(jìn)行改性活化是提高沸石去除污染物的主要方法，但是由于改性的過程往往需要消耗大量的化學(xué)試劑或長時間加熱，改性成本較高，難以進(jìn)行生產(chǎn)性的推廣使用。因此，如何將沸石基質(zhì)與常規(guī)的水處理工藝聯(lián)用，在發(fā)揮原有工藝設(shè)施作用的基礎(chǔ)上，提高常規(guī)水處理工藝的處理效率，已成為近年來的研究熱點。

沸石基質(zhì)作為填料在水處理中應(yīng)用

研究表明，沸石具有較高的離子交換能力和氨氮吸附能力，尤其對低濃度氨氮有著較高的去除率。但沸石作為吸附劑，只是單純地將氨氮從液相中吸附到沸石骨架中，吸附一定時間之后沸石飽和，有可能將已吸附的氨氮釋放，形成二次污染，而且沸石對于硝酸鹽氮去除效果較差。基于沸石的上述特性，近年來的沸石應(yīng)用研究主要針對以沸石基質(zhì)作為填料應(yīng)用于人工濕地、生物濾池或者作復(fù)合填料進(jìn)行河道修復(fù)。

構(gòu)建了蘆葦-沸石人工濕地、蘆葦-礫石人工濕地、菖蒲-沸石人工濕地和無植物沸石吸附床，處理模擬初期暴雨徑流經(jīng)過沉淀池后的污水，其中人工濕地為潛流型。研究表明：將沸石用于人工濕地的填料可首先吸附進(jìn)水中的NH32N，植物和微生物再對沸石表面吸附的NH32N進(jìn)行降解，使得沸石通過生物作用再生，保持其吸附NH32N的能力。因此，適用于間歇運行的暴雨徑流沸石基質(zhì)人工濕地系統(tǒng)不但對暴雨徑流中的COD、NH32N、TN具有較高的去除率，而且在間歇期可實現(xiàn)對沸石的充分生物再生。構(gòu)建了潛流型蘆葦沸石人工濕地處理小區(qū)生活污水，通過兩塊并行濕地的相互切換運行，使其交替進(jìn)行污水處理和濕地沸石的生物再生。通過試驗研究了沸石濕地在沸石再生前后，即新建和再生濕地的脫氮效果。

可見，再生后的濕地對氮的去除效果和新建濕地的效果相當(dāng)，對總氮和氨氮的去除分別可達(dá)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅴ類和Ⅲ類。此外，通過研究銨交換飽和的沸石分別在濕地系統(tǒng)中和無植物沸石床中再生過程，探究沸石生物再生的機(jī)理，結(jié)果表明：沸石再生效果取決于周圍硝化細(xì)菌的數(shù)量以及可與銨交換的陽離子數(shù)量，濕地中土壤提供較大的陽離子交換容量有利于沸石再生。經(jīng)濕地系統(tǒng)生物再生后，沸石氨氮交換能力可恢復(fù)至新鮮沸石的87%以上。

采用自行研制的以顆粒沸石為主體的復(fù)合填料，利用沸石的吸附和離子交換性能，對受污染河道水體進(jìn)行處理，考察填料浸沒-落干次數(shù)和比例對處理效果的影響。填料被河道水浸沒時沸石吸附氨氮，落干則保證沸石與大氣接觸，吸附有氨氮的沸石表面充氧進(jìn)行生物再生。實驗結(jié)果表明：出水氨氮值隨浸沒-落干次數(shù)和比例的增大而減小。因此，從理論上，沸石復(fù)合填料可應(yīng)用于受潮汐影響、波浪不斷拍打河岸的河流原位治理。