沸石在水处理领域的运用
沸石作为一种具有优异功能的非金属矿物材料，在工业中有广泛的应用。其显著特点是孔隙度高、比表面积大，离子交换性、吸附性、催化性、耐酸性、耐热性、耐辐射性等性能优异,因此被广泛用于石油化工、环境保护、农牧业、建材工业、轻工业及高新尖端技术等领域。沸石可用做催化剂、干燥剂、水质软化剂、吸附剂、离子交换剂等，在工业上常作分子筛，用来净化气体、石油及废水处理，海水提钾、淡化、硬水软化等
我国天然沸石资源十分丰富，已探明矿点超过处，全国20多个省、市、自治区均发现有矿床,总储量达40亿t，年生产能力万t，储量在世界上名列前茅。其价格便宜、耐酸耐碱，热稳定性能好，具有综合治理污染水源的功能，去除污染物质的性能稳定可靠，失效后容易再生，设备运转方便，特别适用于中小型水处理厂，也可以用于污水深度处理。具体在水处理方面，有如下几个方面的应用：
（一）水处理方面
1.滤料
滤料是水处理过滤材料的总称，主要用于生活污水、工业污水、纯水、饮用水的过滤。沸石滤料目前有两种：天然斜发沸石滤料和活化沸石滤料
第一，天然斜发沸石滤料。天然沸石是铝硅酸盐类矿物，外观呈白色或砖红色，属弱酸性阳离子交换剂，经人工导入活性组分，使其具有新的离子交换或吸附能力，吸附容量也相应增大。主要用于中小型锅炉用水的软化处理，以除去水中的钙、镁离子，从而减少锅炉内水垢的生成，减轻水测金属的腐蚀，延长锅炉的使用寿命。在废水处理中，可用于除去水中的磷和铅以及六价铬。失效后的沸石可用于浓盐水逆流再生后重复使用。
天然斜发沸石理化性能指标如下：
第二，活化沸石滤料活化沸石是天然沸石经过多种特殊工艺活化而成，其吸附性能比天然沸石更强，离子交换性能也更好，不仅能去除水中的浊度、色度、异味，而且对水中有害的重金属，如：铬、镉、镍、锌、汞、铁离子及有机物：酚、六六六、滴滴涕、三氮、氨氮、磷酸根离子等物质具有吸附交换作用，也有利于去除水中各种微污染物且水浸出液不含有毒，有害人体物质，去除水中铁、氟效果更为显著。因此活化沸石是工业给水、废水处理及自来水过滤的新型理想滤料。
活化沸石滤料性能分析如下：
一般来说，沸石滤料的化学成份及矿物类型如下：
沸石滤料的技术指标如下：
第一，吸附性能
比表面积（m2/g）：～；对SO2的吸附容量为47～58.2ml/g。
第二，阳离子交换性能：
NH4＋交换容量(mmol/g)
最高最低一般或平均：.58
K＋交换容量(mg/g)
最高一般或平均：18..19
第三，催化性能
沸石具有较大比表面积,有较好的晶化性能，经甲苯歧化催化试验证明，改型后的沸石制作甲苯歧化催化剂是可行的，对二甲苯异构化都具有较高的催化活化性。
第四，耐酸耐热性能
耐酸性能：在90℃保温四小时，盐酸浓度为1N时沸石没破坏；盐酸浓度2N时沸石部分破坏。
耐热性能：℃时，晶格略有变化；℃时，晶格基本破坏；℃时，晶格完全破坏；实验证明，其晶格破坏温度为～℃，灼烧时间为4小时。
在实际运用过程中，用沸石作为BAF滤料可以有效地去除COD、氨氮和浊度、试验条件的最佳水力负荷为2.2m/h(水力停留时间为1.4h)、此时对COD、氨氮和浊度的去除率分别为73.9%、88.4%和96.2%、相应的出水平均浓度分别为43.4mg/L、3.5mg/L和3.7NTU、可以达到国家环保总局、天津大学提出的冷却回用水水质建议值中相关指标的要求。
采用沸石和砂滤料作为BAF滤料处理纺织废水。细胞计数结果表明、沸石滤料上生长的亚硝化单胞菌和硝化菌的数量分别为3.0×和2.2×CFU/mL.而砂滤料上生长的数量分别是4.5×和6.5×CFU/mL.从硝化菌的数量来上看，沸石滤料上更适宜微生物的硝化作用，另外从对有机物和TKN的去除来看、以沸石为滤料的BAF的效果要好于以砂为滤料的BAF。采用沸石作为滤料的BAF可使纺织废水的COD去除率达86%~92%、BOD去除率达99%，色度去除率在77%-79%，这是由于自然沸石滤料的比表面积大于砂滤料，宜于微生物的附着，且沸石滤料的离子交换能力强，能够吸附水中的NH4＋，而适宜环境的硝化菌的大量生长，使NH4＋转化为硝酸盐。
粒径可根据需要制作，水流流态好、过滤周期长、反冲洗容易进行、截污能力强。
2.污水处理剂
沸石污水处理剂是选用高品位天然沸石经过活化、改性复合而成的多功能污水处理新材料，具有极大的比表面积、极强的吸附能力和离子交换能力，对污水中的有机污染物具有吸附和催化降解能力，对重金属等物质污染物具有极强的吸附固化能力，在污水中具有很好的化学稳定性，而且不分解、不变质，不污染水体。可有效去除水中的COD、BOD5、NH3-N、TP、悬浮物等物质，可有效去除水中的重金属（镉、铬、汞、铅、砷等）、放射性物质，具有脱色、除臭除味等功效。
首先，改性天然斜发沸石在进行去除氨氮和腐殖酸的研究中结果表明：腐殖酸对氨氮的去除有影响,含量越高,影响也越大。沸石主要去除大分子量的腐殖酸,对小分子量的腐殖酸去除效果较差。由于大分子腐殖酸会干扰氨氮的去除,去除大分子的腐殖酸有助于提高沸石去除氨氮的效果。
其次，随着现代工业特别是有机化工、精细化工以及高分子工业的迅速发展,水中的有机污染物呈多样化、复杂化的特点。对于多数有机污染物的去除，在目前使用最广的还是生化法，尤其是吸附法。沸石对有机污染物的吸附能力主要取决于有机物分子的极性和大小，极性分子较非极性分子易被吸附，随着分子直径的增大，被吸附进入空穴的机会就逐渐减少。沸石去除水中溶解状分子物质时，吸附起主要作用，而去除水中离子状污染物时离子交换和吸附两种行为共同作用的结果，以离子交换为主。
再次，改性沸石对苯胺的吸附效果比较明显,吸附速率也比较快,在实验条件下吸附时min时改性沸石对苯胺的吸附基本达到平衡,吸附率为85.4%。改性沸石对苯胺的吸附率随温度的升高有所增大,但变化幅度不明显。pH值对改性沸石吸附水中苯胺的效果影响较为明显,室温时酸性介质条件比碱性介质条件更有利于改性沸石的吸附。
第四，重金属废水主要来自矿山坑道排水、废石场淋滤水、选矿尾矿排水、有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗废水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁酸洗排水及电解、农药、医药、油漆、染料等工业所排放的废水。由于重金属不能被生物降解为无害物，因而在水体中富集，造成水体污染。沸石已被广泛应用于消除重金属离子,效果较好。特别是用碱处理过的沸石,其吸附量可以得到大大提高。
第五，氟是电负性最高的元素，是相当活泼的非金属元素，当氟离子大量存在时，有毒性作用。李水芳，李梦等对含氟量为mg/L解工序碱性废水用沸石进行除氟实验。对未改性沸石，实验了沸石用量、废水初始浓度和振荡吸附时间对氟去除率的影响，发现未改性沸石氟去除率不高。用AlCl3溶液对其改性后，去除率明显升高，可达95％处理后废水残氟量可降到10mg/L以下，达到国家污水综合排放标准中的一级标准。
第六，去除水中的磷。限制藻类生产量的物质是磷、氮、碳,但作为藻类增殖的限制性物质,磷是其中最主要的限制性因素。磷对受纳水体的危害表现在以下几个方面:造成水体的富营养化。影响水源水质,增加给水处理成本。对人和生物产生毒性。在我国,由于水资源短缺和水污染问题的日趋严重,尤其是众多内陆湖泊的富营养化问题已经到了严重危害的程度,研究新型的除磷工艺显得非常重要。
目前，沸石污水处理剂所应用的范围为：
●城市河流/湖泊污染水体治理
●城市景观用水污染治理
●城市突发水污染事件应急处理
其产品主要功能为：
●专用药剂：专利配方的复合型专用水处理剂，以天然沸石为主要原料，经过改性－复合和综合加工而成，无二次污染。
●有效去除镉、铬、汞、铅、砷等重金属污染物，以及放射性污染物质。
●通过沸石与重金属元素发生吸附、离子交换等反应，可将污水中的镉、铬、铅、砷、汞等重金属污染物，以及锶、铯等放射性元素固化、钝化在沸石孔腔中。
●有效去除水中的有机物、氨氮、氯、磷等有害物质。
●显著降低水中的化学需氧量（COD）,极大提升B/C，改善水质。
●可再生循环使用，再生后的吸附能力可达到再生前的90%以上。
国投盛世天然沸石水处理剂与设备
采用专利配方水处理药剂
●可有效去除水中的COD、BOD5、NH3-N、TP、悬浮物等物质
●可有效去除水中的重金属（镉、铬、汞、铅、砷等）、放射性物质
●具有脱色、除臭、除味等功效
●污泥可资源化再利用
●可灵活组合，根据客户对水处理量、水质标准的需求，采用“并联、串联”方式进行组合，从而达到要求的水处理量及水质标准；可外接车载电源，在无电力供应的地区使用
●无需占地、无需工程建设、成本低
产品适用范围
●工业废水处理、生活污水处理
●污水处理厂、自来水厂、水库等设施
●河流、湖泊、沟渠、水塘的轻度污染治理
示范工程
1.江苏省宜兴市实施河道污染水体治理示范工程
治理效果
●总磷（TP，mg/L）去除率：95%
●氨氮（NH3-N，mg/L）去除率：90%
●化学需氧量（COD，mg/L）去除率：85%
●浊度（NTU）达到饮用水标准
2.广东省佛山市盐步大涌污染水体治理示范工程
广东佛山市盐步大涌，河道长1.23公里，宽30-40米，水域面积约4万多平方米。污染源主要来自流域污染，点源污染等，水质超过劣五类水标准，属于严重污染的黑臭水体。
盐步大涌污染水体中无水生植物，生物链断裂，河道丧失自净能力。通过治理，河道生态系统恢复，水质明显改善。
总之，沸石水处理技术可用于城市二级污水、地表水等水源的深度处理：可使出水NH3-N1mg/L,水质达GB-一级(A)指标，以及城市景观环境用水、冷却用水和城市杂用水的水质标准，可作为商品水出售。用于工业污水、垃圾滤液等高浓度氨氮(0mg/L)的污水处理：可使出水NH3-N15mg/L,水质达GB-一级指标，作为工业循环用水，或直接排放。
3.人工湿地
作为传统人工湿地的基质填料，土壤、砂、砾石等对污染物吸附性难以满足改良现代环境污染的需求。而沸石滤料作为一种选用高品位天然沸石经过活化、改性复合而成的多功能污水处理新材料，具有极大的比表面积、极强的吸附能力和离子交换能力，对污水中的有机污染物具有吸附和催化降解能力，对重金属等物质污染物具有极强的吸附固化能力，在污水中具有很好的化学稳定性，而且不分解、不变质，不污染水体。可有效去除水中的COD、BOD5、NH3-N、TP、悬浮物等物质，以及水中的重金属（镉、铬、汞、铅、砷等）、放射性物质具有脱色、除臭除味等功效。
通过沸石滤料助推的新型人工湿地组合工艺，将预处理与人工湿地相结合，能够对湿地环境治理有着重要意义。其不仅能够对湿地入水进行初级处理，以保证实地系统的安全稳定运行；更重要的是，可以通过调整预处理的处理深度，保证湿地系统在各季节的运行效果，极大程度上降低了运行成本，实现了净化入河水质及营造生态河流景观的效果。
4.水产养殖
年1月30日农业部办公厅印发了《水产养殖低温灾害防治技术措施要点》，其中重点提到了沸石粉作为水产养殖池底改良剂的运用。
沸石的作用：由于沸石的孔径约在1nm以下，分子的最小直径是0.28nm，所以沸石所能吸附的有机、无机分子凡在就只0.28nm——1nm之间。沸石作为滤材主要是吸附水质氨态氮、甲醇分子、有机物和重金属离子，能有效的降低硫化氢毒性，调节pH值。而这些分子就是锦鲤鱼粪便或是残食等有机物被某些化学元素分解后的产物。沸石还可以增加水中的溶解氧，每公斤沸石可带入ml氧气沸石，在锦鲤养殖水质中主要是延缓水质老化。
沸石的工作能力：沸石可以吸附的量是本身重量的50%以上（因为沸石密度小）；但是沸石的吸附量和其孔径大小有关系。不同的孔径处理不同的物质。1kg的沸石最多约能处理15g的有机氮素、50g的有机碳素。由此可见越小的孔径越能发挥沸石的效能，但是由于孔径过小吸附太快也会造成严重的问题。
另外，由于孔径小吸附快，过多的分子会堵塞空隙，使其功效完全无法发挥，因此要3——4天清洗一次沸石，清洗的越干净越好。
1、日常定期使用，通过覆盖、吸附、增氧作用有效改善底质状况，可防止亚硝酸盐、硫化氢的超标，同时对虾蟹塘、鱼塘、海参圈的黑底有一定的抑制效果。2、虾、蟹脱壳期使用，可促进脱壳，同时吸附水体有害物质和病菌、增加水体溶氧，减少偷死病的发生。3、水体有害物质（亚硝酸盐、氨氮、硫化氢、甲烷）的含量比较高时，可通过吸附、离子交换、增氧功能起到一定的功效，其中对氨氮、硫化氢的效果较为明显。4、在出现转水时，可起到增氧、吸附藻毒、稳定水质的功效。5、高温季节，在饲料里添加，可作为暴发性出血病的辅助治疗手段，同时可减少出血病的发生几率。6、本品同时对稳定水体PH值有一定功效。
5.河道治理
沸石可做水质改良剂：用于污水处理的沸石粉可以有效地捕获溶解在水中的放射性碘，铯，锶沉淀。沸石粉末具有大致与铯离子大致相同的孔，提高了放射性铯的捕获效率。
首先，沸石对氨氮具有很强的吸附力，预处理，工业盐活化，焙烧等工艺后，改性沸石可以除去水中的痕量氨，使氨水超过国家饮用水标准。改性沸石还可以通过不同的方法除去水中的氟和。经过处理的水质达到国家饮用水标准后，可以解决中国高氟水的问题。
此外，调整沸石中硅和铝的比例，还可以去除自来水和铁中的残余氯，以及过量的重金属。尤其是印染废水是我国目前主要的有害、难处理工业废水之一，主要污染物有染料、浆料、助剂、纤维杂质、油剂、酸碱以及无机盐等。其特点是废水量大、水质复杂、有机物浓度高、难生物降解、色度深、水质变化快而无规律等特点，其中以染料的污染最为严重。在采用生物曝气滤池(BAF工艺，以天然沸石为滤料处理印染废水，氨氮的去除率、COD的去除率、SS的去除率，总氮的去除率及色度的去除率都能达到较高的值。
并且国内相关专家通过实验表明：改性的沸石与天然沸石相比,对氨氮和正磷的去除率都有很大程度的提高,尤对正磷的去除率提高数10倍,去除率最高可达99%。改性沸石同步脱氮除磷的最佳pH在4左右,对氨氮的去除率达83%,对正磷的去除率在90%以上。进水pH在4～8范围内时,出水均在6～9之间。吸附饱和的沸石能够高效再生,经7次再生后的去除率仅降低7%。因此,改性的沸石对于氮磷微污染水的河道治理,是一种新的有益的探索和尝试。
另外，分子生态学分析表明,投加沸石后活性污泥系统中微生物的DNA多样性、丰富度和均匀度均有提高。对于受到短暂氨氮冲击的正常运行活性污泥系统,通过投加50mg/L的沸石粉,可使处理系统在较短的时间内恢复到处理以前的状态。
（二）沸石填料
随着工农业的快速发展，大量的污水被排放到地表径流，湖泊河流的水质开始逐步恶化，严重制约着人类社会的发展。由于地表水占地面积大，分布不集中等特点，无法利用大部分常见的污水处理工艺来净化水体，因此，国内外研究机构不断开发研究针对地表水的原位生态修复工艺。
人工湿地是20世纪70年代新兴的一种污水处理方式，是一种模拟天然湿地的一个复杂的人工综合生态系统，是一种人为地将几种填料（如沸石、砾石、土壤、砂、煤渣、石灰石等）按照一定的比例，并有选择的种植植物，以及以后人工湿地基质中生长的微生物组成，人工湿地通过基质、植物和微生物三者复杂的物理、化学和生物作用，协同完成对污水的净化处理。
作为传统人工湿地的基质填料，土壤、砂、砾石等对污染物吸附性难以满足改良现代环境污染的需求。因此，国内外研究机构正在挑选具有良好污染物吸附性能和微生物附着性能的新型、高效的材料作为湿地的基质填料。近期，相关研究人员通过对几种新型的人工湿地填料的吸附性能进行多次试验，试验证明，沸石作为人工湿地填料中的单种基质，对氨氮的吸附、吸收率一直处于最好的效果。其试验如下：
本次实验研究了沸石、石灰石、柱状碳、陶粒、粉煤灰、钢渣、白云石、无烟煤、锰砂、果壳碳等人工湿地填料单种基质，在24小时、48小时和72小时对氨氮的吸附情况。其中，实验所用废水中氨氮的浓度为25.4mg/L。
试验证明，沸石作为单种基质，对氨氮的吸附、吸收率一直处于最好的效果，在最初的24小时吸附效果要好于后来其对氨氮的吸附。其次，在开始的48小时内，柱状碳对氨氮的吸附效果较好，但是到72小时时，柱状碳的吸附效果有所下降，这时陶粒的吸附效果仅次于沸石。具体比对内容可以点击：水处理中沸石滤料和其他滤料优势对比
▲单种基质对氨氮的吸附效果图
另外试验证明，在人工湿地系统中选用沸石填料，可以使污染物质的去除效果明显提高，同时也可以有效避免堵塞，提高人工湿地系统的运行周期。
人工湿地系统中沸石除氨机理
人工湿地是利用基质、水生植物和微生物之间的相互作用，通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等方式来实现对废水中有害物质的去除，同时通过营养物质和水分的循环，实现对水的净化。
天然沸石独有的分子筛结构，能够对NH4具有很好的选择吸附性能，其交换能力远大于活性炭和离子交换树脂。另外，在人工湿地系统构建中，应用沸石作为微生物载体，可以使硝化细菌附于其表面生长。这样由于硝化细菌的作用，水相中氨氮浓度逐渐降低，促使交换平衡发生逆转，已被交换吸附在沸石上的NH4被水中其他阳离子交换下来，被硝化细菌利用，这样沸石的离子交换容量便得到了恢复。
（三）总结
影响沸石吸附效果的主要因素有很多：沸石种类、沸石粒径、温度、污染物浓度、水力停留时间、pH值、离子强度、改性方法等。而且沸石作为一种新型的环境协调型材料,目前在技术上还不太成熟,要真正广泛应用于实践还需要作大量的工作[26]。有如下：①由于沸石种类很多,因而在实际应用时必须经过实验合理选用。②实际污染废水由于来源不同,成分复杂,因而需根据具体情况确定合理的操作条件。通过中试及生产性实验,探讨沸石处理各种水源的最佳工艺条件,确定有关的运行参数。③必须根据具体情况确定经济有效的活化方法和合理的再生方法。④发展和寻求沸石改性或与其他物质结合以达到充分发挥其功能和综合利用、互补不足的目的。如沸石与活性炭吸附联合使用的最佳工艺；沸石的吸附作用与半导体光催化氧化作用结合处理污染水源的有效方法；通过担载金属、引入半导体光催化剂对沸石进行改性,或者将沸石作为光催化剂的载体,使两者在处理污染水源时发挥各自的优势。将这两种技术有效的结合起来,则必将在水处理技术上产生新的突破。
另外，由于沸石在水处理中的研究与应用越来越多，所以应重视吸附饱和沸石的最终处置问题，避免造成二次污染。吸附饱和沸石的处置方案应与废水处理方案同时考虑，不能任意弃置，否则经雨水淋溶，可能造成土壤和水体的污染。吸附饱和沸石的处置首先要考虑资源再利用，如用作化肥生产的原料、水泥生产的原料、用于混凝土的组分、制砖等。