過濾是城鎮(zhèn)給水處理、污水處理中的重要工序，是保障水質(zhì)達(dá)標(biāo)的重要手段。適宜的濾料是影響濾池發(fā)揮效能的重要因素，是關(guān)系濾池結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)行成本和正常操作的關(guān)鍵因素。天然沸石作為一種多孔性的礦物材料，它具有較大的孔隙率和比表面積的特性，并且具有良好的吸附性能和選擇性離子交換性能，極性分子和細(xì)菌容易富集在其上。
Zeolite濾料與傳統(tǒng)水處理濾料（石英砂、陶粒等）相比，具有處理效果好、價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)，所以沸石在水處理中的應(yīng)用越來越廣泛。近些年來，美國(guó)與日本等發(fā)達(dá)國(guó)家分別興建了以沸石使用保證出水質(zhì)量的處理廠，取得了良好的污水處理效果。
一、沸石化學(xué)結(jié)構(gòu)與特性
沸石的基本結(jié)構(gòu)是四面體的結(jié)合體，其中Si原子為結(jié)合體的中心，4個(gè)頂點(diǎn)為有氧配置的SiO4及AlO4，硅(鋁)氧四面體是依靠中間的氧原子相連接。沸石中空穴或籠是在三維空間上形成多種形狀的規(guī)則四面體構(gòu)，這些空穴和籠通過不同形式連接就構(gòu)成了沸石的孔道體系。陽離子和水分子是在沸石的空穴和孔道中占據(jù)著。沸石的粒徑規(guī)格型號(hào)很多，差別也很大，從幾cm到幾μm不等。
二、沸石在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用
沸石在應(yīng)用上具有價(jià)廉、環(huán)境友好和高性能的特點(diǎn)，被廣泛用作催化劑、吸附劑、離子交換劑和改良劑，在污水處理方面得到了廣泛的研究和應(yīng)用，特別是在高氟水、污水等方面取得了巨大成效。
應(yīng)用沸石處理污水中的氨氮、有機(jī)物、金屬離子等的作用機(jī)理主要為吸附作用和離子交換作用，這兩種作用可同時(shí)發(fā)生或單獨(dú)發(fā)生，其主要與污染物的特性有關(guān)。
具體來說，沸石可以應(yīng)用在以下幾類水處理領(lǐng)域中：
1.在給水和微污染水處理中的應(yīng)用
沸石具有表面粗糙，比表面積大，吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其可以在給水處理中作為濾池填料，屬于天然輕質(zhì)濾料。沸石可用來截留和吸附水中的懸浮物、藻類等污染物，降低出水濁度。
首先，氨氮是水源中的主要污染物，是凈水處理中重點(diǎn)去除的對(duì)象之一。沸石具有良好的離子選擇交換性能，對(duì)氨氮去除效果會(huì)更加明顯，所以可以用沸石處理微污染原水；
其次，沸石是一種極性吸附劑，它對(duì)極性有機(jī)物有較好的吸附效果；
再次，沸石還是一種比較理想的生物載體，對(duì)細(xì)菌具有富集作用。
值得一提的是，如果沸石與活性炭聯(lián)用或者沸石與臭氧聯(lián)用，對(duì)污水的處理效果會(huì)更佳。沸石與活性炭或者與臭氧能達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果，可以使用其組合工藝對(duì)微污染原水進(jìn)行深度處理，去除水中的有機(jī)污染物。
2.在廢水處理中的應(yīng)用
沸石可以用來強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物和氨氮的去除效果。由于沸石獨(dú)特的特性，使其強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)對(duì)于氨氮的沖擊具有明顯的耐受性，因此投加沸石可以提高曝氣池中的硝化細(xì)菌類群數(shù)量，提高硝化速率。
另外，由于沸石中具有大量的微孔，微孔徑多數(shù)都在10nm以下，一般物質(zhì)的分子大小與微孔孔徑相近，因此形成了分子篩的選擇特性。進(jìn)入沸石晶穴內(nèi)部的分子大小是由沸石的孔徑來決定的，只有比沸石孔徑小的分子或離子才可以進(jìn)入到沸石的結(jié)構(gòu)中。進(jìn)人沸石表面的陽離子則與沸石晶格中的陽離子等發(fā)生交換，但其極性結(jié)構(gòu)不會(huì)遭到破壞，從而使水中陽離子污染物得到有效的去除。
三、作為常用濾料，沸石和石英砂哪個(gè)效果好？
作為效果良好的水處理濾料，沸石和石英砂都有不同程度去除氨氮的效果。但沸石是一種多孔狀的材料，具有大的比表面積，經(jīng)測(cè)定可達(dá)?10m2/g?以上，能與水中的氨氮發(fā)生離子交換和吸附作用從而去除氨氮。而石英砂不屬多孔性材料，無內(nèi)表面，其比表面積僅約?50cm2/g?，可以認(rèn)為不可能與氨氮發(fā)生顯著的吸附作用。此外，由于天然地表水中存在大量細(xì)菌，過濾過程中這些細(xì)菌會(huì)大量的被截留在濾料的表面上，當(dāng)水中有溶解氧存在時(shí)，其中的硝化菌可將水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽而被除去。沸石去除水中的氨氮是由于上述兩種方式共同作用的結(jié)果，具有更好的效果。對(duì)于石英砂而言，僅有細(xì)菌生化作用，所以效果要差一些。
①沸石的孔隙率大，濾層截污能力強(qiáng)，水頭損失值小于砂濾料，由于其密度比石英砂小，所需的反沖洗強(qiáng)度比石英砂低，可節(jié)省反沖洗水量，沸石的耐磨強(qiáng)度能滿足作為給水處理濾料的要求。
②相同粒徑下,?沸石濾料去除濁度的效果略好于石英砂。
③沸石去除水中的有機(jī)物(高錳酸鹽指數(shù))、苯酚和氨氮的效果明顯優(yōu)于石英砂。
④沸石對(duì)去除上述各種污染物均具有很長(zhǎng)的使用周期，確切的使用周期長(zhǎng)短有待今后根據(jù)不同的原水水質(zhì)，通過長(zhǎng)期的試驗(yàn)觀測(cè)確定。
⑤采用沸石濾料代替石英砂濾料是改善出水水質(zhì)的一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的方法，該濾料是一種值得推廣的可行的新型濾料。
總之，近年來沸石在水處理應(yīng)用研究中所取得的進(jìn)展，激發(fā)了人們對(duì)沸石在環(huán)境污染防治中的運(yùn)用給予更高期望。加之我國(guó)沸石礦產(chǎn)資源豐富、分布廣泛，在加強(qiáng)對(duì)沸石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)理論研究的同時(shí)，重視沸石為原材料的環(huán)境功能材料的開發(fā)。可以相信，沸石在水污染防治領(lǐng)域中的作用將會(huì)越來越大，水污染防治成本也將會(huì)越來越低，“綠水青山”的“中國(guó)夢(mèng)”也必將實(shí)現(xiàn)！
