一、沸石的環(huán)保作用

環(huán)境問題是當(dāng)今世界上人類面臨的最重要的問題之一，已得到世界各國的高度重視。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境問題變得日益突出。在環(huán)境保護(hù)和治理方面，世界上許多國家，特別是發(fā)達(dá)國家對非金屬礦物在環(huán)保上的應(yīng)用非常重視。其中非金屬礦——沸石倍受青睞。

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急劇增加，已成為環(huán)境的主要污染源，并引起各界的關(guān)注。經(jīng)濟(jì)有效地控制氨氮廢水污染已經(jīng)成為當(dāng)今環(huán)境工作者所面臨的重大課題。

Zeolite具有特殊的四面體結(jié)構(gòu)，因而有較大的表面積和較高的離子交換和吸附能力，使沸石在廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。沸石可去除廢水中有機污染物，去除氨氮，去除懸浮物，藻類等，降低出水濁度。而且還能去除水中重金屬離子。國外專利(J52034549)介紹，將斜發(fā)沸石、絲光沸石改型為Na型、NH3型沸石后，利用其對溶液中某些離子有“離子篩”的作用，處理有色金屬礦山、冶煉廠、化工廠排入的含重金屬離子的廢水,然后通過解吸回收金屬。除了治理廢水，沸石還可以改造水質(zhì)。如西沙群島飲用水就是用當(dāng)?shù)睾惺幕鹕浇堑[巖處理后，排除海水中的有機質(zhì)，降低礦化度，減少氨離子和硝酸根成為標(biāo)準(zhǔn)飲用水的。

（1）氨氮廢水的來源

含氮物質(zhì)進(jìn)入水環(huán)境的途徑主要包括自然過程和人類活動兩個方面。含氮物質(zhì)進(jìn)入水環(huán)境的自然來源和過程主要包括降水降塵、非市區(qū)徑流和生物固氮等。人類的活動也是水環(huán)境中氮的重要來源，主要包括未處理或處理過的城市生活和工業(yè)廢水、各種浸濾液和地表徑流等。

人工合成的化學(xué)肥料是水體中氮營養(yǎng)元素的主要來源，大量未被農(nóng)作物利用的氮化合物絕大部分被農(nóng)田排水和地表徑流帶入地下水和地表水中。隨著石油、化工、食品和制藥等工業(yè)的發(fā)展，以及人民生活水平的不斷提高，城市生活污水和垃圾滲濾液中氨氮的含量急劇上升。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多含氮污染物的任意排放給環(huán)境造成了極大的危害。

氮在廢水中以有機態(tài)氮、氨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3–N）以及亞硝態(tài)氮（NO2–N）等多種形式存在，而氨態(tài)氮是最主要的存在形式之一。廢水中的氨氮是指以游離氨和離子銨形式存在的氮，主要來源于生活污水中含氮有機物的分解，焦化、合成氨等工業(yè)廢水，以及農(nóng)田排水等。氨氮污染源多，排放量大，并且排放的濃度變化大。

（2）氨氮廢水的危害

水環(huán)境中存在過量的氨氮會造成多方面的有害影響：

（1）由于NH4+-N的氧化，會造成水體中溶解氧濃度降低，導(dǎo)致水體發(fā)黑發(fā)臭，水質(zhì)下降，對水生動植物的生存造成影響。在有利的環(huán)境條件下，廢水中所含的有機氮將會轉(zhuǎn)化成NH4+-N，NH4+-N是還原力最強的無機氮形態(tài)，會進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成NO2–N和NO3–N。根據(jù)生化反應(yīng)計量關(guān)系，1gNH4+-N氧化成NO2–N消耗氧氣3.43g，氧化成NO3–N耗氧4.57g。

（2）水中氮素含量太多會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，進(jìn)而造成一系列的嚴(yán)重后果。由于氮的存在，致使光合微生物（大多數(shù)為藻類）的數(shù)量增加，即水體發(fā)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象，結(jié)果造成：堵塞濾池，造成濾池運轉(zhuǎn)周期縮短，從而增加了水處理的費用；妨礙水上運動；藻類代謝的最終產(chǎn)物可產(chǎn)生引起有色度和味道的化合物；由于藍(lán)-綠藻類產(chǎn)生的毒素，家畜損傷，魚類死亡；由于藻類的腐爛，使水體中出現(xiàn)氧虧現(xiàn)象。

（3）水中的NO2–N和NO3–N對人和水生生物有較大的危害作用。長期飲用NO3–N含量超過10mg/L的水，會發(fā)生高鐵血紅蛋白癥，當(dāng)血液中高鐵血紅蛋白含量達(dá)到70mg/L，即發(fā)生窒息。水中的NO2–N和胺作用會生成亞硝胺，而亞硝胺是“三致”物質(zhì)。NH4+-N和氯反應(yīng)會生成氯胺，氯胺的消毒作用比自由氯小，因此當(dāng)有NH4+-N存在時，水處理廠將需要更大的加氯量，從而增加處理成本。近年來，含氨氮廢水隨意排放造成的人畜飲水困難甚至中毒事件時有發(fā)生，我國長江、淮河、錢塘江、四川沱江等流域都有過相關(guān)報道，相應(yīng)地區(qū)曾出現(xiàn)過諸如藍(lán)藻污染導(dǎo)致數(shù)百萬居民生活飲水困難，以及相關(guān)水域受到了“牽連”等重大事件，因此去除廢水中的氨氮已成為環(huán)境工作者研究的熱點之一。

（3）沸石在污水處理劑中的應(yīng)用

沸石水處理劑選用高品位天然沸石經(jīng)過活化、改性復(fù)合而成的多功能污水處理新材料，具有極大的比表面積、極強的吸附能力和離子交換能力，對污水中的有機污染物具有吸附和催化降解能力，對重金屬等物質(zhì)污染物具有極強的吸附固化能力，在污水中具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，而且不分解、不變質(zhì)，不污染水體。

其具體原理為：

離子交換法的實質(zhì)是不溶性離子化合物（離子交換劑）上的可交換離子與廢水中的其它同性離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過程，通常是可逆性化學(xué)吸附。沸石是一種天然離子交換物質(zhì)，其價格遠(yuǎn)低于陽離子交換樹脂，且對NH4+-N具有選擇性的吸附能力，具有較高的陽離子交換容量，純絲光沸石和斜發(fā)沸石的陽離子交換容量平均為每100g相當(dāng)于213和223mg物質(zhì)的量（m.e）。但實際天然沸石中含有不純物質(zhì)，所以純度較高的沸石交換容量每100g不大于200m.e，一般為100～150m.e。沸石作為離子交換劑，具有特殊的離子交換特性，對離子的選擇交換順序是：Cs（Ⅰ）>Rb（Ⅰ）>K（Ⅰ）>NH4+>Sr（Ⅰ）>Na（Ⅰ）>Ca（Ⅱ）>Fe（Ⅲ）>Al（Ⅲ）>Mg（Ⅱ）>Li（Ⅰ）。工程設(shè)計應(yīng)用中，廢水pH值應(yīng)調(diào)整到6～9，重金屬大體上沒有什么影響；堿金屬、堿土金屬中除Mg以外都有影響，尤其是Ca對沸石的離子交換能力影響比Na和K更大。沸石吸附飽和后必須進(jìn)行再生，以采用再生液法為主，燃燒法很少用。再生液多采用NaOH和NaCl。由于廢水中含有Ca2+，致使沸石對氨的去除率呈不可逆性的降低，要考慮補充和更新。

著名礦物學(xué)家穆普頓曾指出：由于全球性環(huán)境調(diào)節(jié)及環(huán)保需要，20世紀(jì)70年代人類進(jìn)入“沸石世紀(jì)”。沸石以卓越的環(huán)境凈化、修復(fù)、替代功能，以及價廉易得、制備簡單且無二次污染的優(yōu)勢使它在環(huán)境治理中擁有廣泛的應(yīng)用前景。我們應(yīng)充分發(fā)揮我國沸石的資源優(yōu)勢，加強對沸石的研究，研制出附加值更高的沸石新材料，從而產(chǎn)生更好的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。