沸石去除微污染水中苯的效果研究

Study on Removal Effect of Benzene from Low-level Polluted Water with Zeolite
郭焕晓¹ 王彦斌² 邱熔处³
（1，2天津市铁道部第三勘测设计研究院环境工程处，300142；3甘肃省兰州市兰州铁道学院环境工程系，730070）

　　摘要：苯是一种致癌物质，对人体和水生生物均有不同程度的毒性。苯的工业污染源泉主要是石油化工、炼焦化工生产的排放废水。同时，苯作为重要溶剂及生产原料有着广泛的应用，在油漆、农药、医药，有机化工等行业的排放废水中也含有较多的笨。
　　沸石是一种天然的多孔矿物，具有很大比表面积，具有过滤作用，而且还具有去除水中有害的重金属离子和部分有机物的作用。
　　本文对白银块型斜发、白银砂型斜发、缙云丝光进行测定，实验结果表明经氯化钠在常温常压下活化处理后的缙云斜发沸石对苯具有最好的吸附性能。通过优选出的钠型白银块型斜发沸石和缙云斜发沸石对水中苯的动态过滤吸附试验，并与滤池中常用的石英砂滤料做对比，得出沸石对水中的微量苯的去除效果明显优于砂滤料。
　　关键字：沸石、苯、静态试验、动态试验

　　ABSTRACTION
　　As a carcinogen,Benzene has different toxicity to human and other hydrobiont,But benzene,an important angent and industrial resource,can be greatly used in paint,pesticide,medicine,oil,coking plant and so on.
  A great quantity of pores in Zeolite creates a large specific surface area.Therefore,the zeolite has the function as ion change and adsorption.Zeolite as a natural ionexchanger to remove hardness,ammonia,heavey metal ions,flurine and some dissovled organic pollutants has been used.The object of this research is try to make an assessment on removal of Benzene from Low-level Polluted Water with Zeolite.
   　　Static tests about the adsorption performance of some un-activated and activated zeolite had been tested.Best zeolite should belong to Jinyun activated zeolite.In dynamic tests,by comparison with the sands,Jinyun activated zeolite had much bdtter adsorption performance except for filtering.
  　　In contrast to sand,zeolite as a filter material,which had a large specific surface,could not only remove turbidity but also eliminate benzene partial in water.For its cheaper-price and abundtion,zeolite will be used in water treatment extensively to improve water quality
　　Key Words:Zeolite,Benzene,Static tests,Dynamic tests

　　前言

　　沸石是呈架状结构的多孔含水铝硅酸盐晶体的沸石族矿物的总称，有自然界天然存在的矿物，也有人工合成的晶体。由沸石的化学式可以看出，沸石化学成分实际上是由SiO_2、A1₂O₃、H₂O、碱和碱土金属离子四部分构成。其化学式可用下式表示：
　　（Na,K)x(Mg、Ca、Sr、BA)Y[A1x+2YSin-(x+2Y)O2n].mH2O
　　我国沸石矿藏大部分属斜发沸石，另有部分丝光沸石。沸石矿物一般都与其它岩石共生。本文研究采用了白银斜发沸石、缙云斜发沸石、缙云丝光沸石做对比试验。
　　白银斜发沸石经分析得出结论为钠钙型型高硅斜发沸石，沸石硬度为4级。颜色分为砖红色、灰色、红色、紫红色四种。
　　缙云斜发沸石属于单斜晶体，颜色为白色、淡黄色。呈宽板条状、细板条状、不规则粒状等。常温下不溶于盐酸、磷酸和醋酸，微溶于硫酸，缓溶于草酸。镜下为无色透明，具明显的负突起。缙云斜发沸石同样具有丰富的内表面，已大量被用于其它各种行业。缙云斜发沸石的骨架结构还没有完全确定。缙云沸石的有效孔径较大，吸附性能较好。
缙云丝光沸石的骨架结构主要是由五元环构成，从总体来说，丝光沸石象一堆平径安装的管束，天然沸石的晶格不十分整齐，孔道有扭曲，因此，一般的有效孔径都会小些。缙云丝光沸石属于斜方晶体，颜色为白色、淡黄色，呈纤维状、毛发状、结合体呈束状，放射环球粒状，扇状等。缙云丝光沸石具有丰富的内表面。由缙云丝光沸石具有多孔大表面积，因此它具有良好的吸附性。有可能吸附一些有机物。

　　研究方法

　　采用静态和动态相结合的方法，静态主要用于确定活化剂和沸石种类，从而为动态沸石吸附性能研究选出最优的沸石品种。动态用于吸附效果的测定和沸石吸附性能的研究。
　　静态试验：称取一定量各种类型沸石分别加入待测定的苯溶液，同时只加同量的苯溶液，不加沸石，作为空白，用于测定比较。振荡一定时间，取出一定量进行测定。
　　动态试验：在一定直径的有机玻璃柱子中装入一定量的沸石，用自来水冲洗干净。然后滴加苯试验溶液，并采用水力真空流量稳定装置严格控制所要求的流速。装置图如附图所示。
　　苯的分析方法根据所分析样中苯的含量多少，可采用二硫化碳萃取和顶空取样两种方法，本试验采用二硫化碳萃取气相色谱法进行测定。本方法检出浓度为0.05mg/1，检测上限为12mg/1。

　　实验内容

　　一、吸附平衡时间的确定
　　活化处理后的同一种沸石经平衡实验得到的测定结果和数据见表1和图1。从表1和图1可以看出：当达到15h时，沸石对苯吸附达到平衡，即沸石对苯的吸附平衡时间为15h；同时可以看出随着振荡时间的增加，苯挥发并不严重，空白试验的浓度降低并不很严重，以后的试验均可采用一个空白作参照。

　　二、  几种沸石吸附性能的比较
　　对沸石进行静态吸附性能的比较可以得出表2的结果。

　　从表2可以看出：缙云斜发（NaC1）沸石对苯的吸附性最好，与缙云斜发沸石具有较大的比表面相吻合；同时缙云斜发沸石和缙云丝光沸石经氯化钠活化后，可提高吸附效果，扩大其比表面积和孔径。

　　三、吸附苯的效果

　　动态试验结果和数据见表3和图2所示。可以看出：缙云斜发沸石对苯有较好的去除效果，且对应于各个流速，去除效果均比白银块型沸石要好；白银块型斜发沸石去除效果不如缙云斜发沸石好，但比石英砂的效果好，石英砂开始时有一定的去除效果，但随着流速的增加，去除效果降低很快，且比上述两种沸石的效果要差。

　　结论：

　　1、天然沸石在常温、常压下经过化学溶液的活化处理，可改变吸附有机物的效果。通过氯化钠活化后的沸石对苯有一定的去除效果。它们比未尖化的去除效果好的多，因此用活化沸石可以在一定程度上提高沸石对苯的吸附性能。
　　2、缙云斜发（NaC1）沸石对苯的吸附性能比白银块型斜发沸石（NaC1）好。
　　3、经氯化钠活化后的沸石对苯的吸附的去除效果比砂滤料好的多。因此用活化沸石代替滤池中的砂滤在一定程度上可以改善水源泉受苯微污染的自来厂出水水质。动态试验的结果与静态试验结果相符。
　　4、根据这几种沸石对比试验的结果，以缙云斜发沸石的效果最好，可作为用于处理受苯微污染水的一种推荐过滤材料。这对今后推广使用沸石改善我国水源受苯污染的自来水厂出水水质具有重大意义。
　　5、经活化后的天然沸石吸附代替传统砂滤池中的砂滤料，使滤池兼具有过滤去除水中浊度、细菌的作用，而且还具有去除水中有毒的重金属离子和部分溶解性的苯。
　　6、沸石是一种廉价的地方性材料，在我国具有丰富的储量，来源广泛，作为水处理的过滤材料，具有足够的强度，其价格低于活性炭1/20以下，接近于砂滤料的价格。可以在不增设专门构筑物和不增加设备的前提下，改善出水水质，适用于现有工厂的处理工艺改选和新建水厂，沸石用于处理微污染水，具有简单、经济、安全等优点，便于推广。

　　参考文献
　　1、魏复盛主编，水和废水监测分析方法，中国环境科学出版社，1989。
　　2、张拴昌编著，天然沸石离子交换性能及其应用，科学出版社，1986。
　　3、许保玖编著，当代给水与废水处理原理，高教出版社，1990。
　　4、徐帮梁编，沸石，地质出版社，1979。
　　5、王乃忠，滕兰珍编著，水处理论基础，西南交通大学出版社，1988。
　　6、严煦世，范瑾初主编，许保玖主审，给水工程（第三版），中国建筑工业出版社，1995。
　　7、王乃忠，活性炭吸附柱设计若干问题研究，水处理技术，1986年1月。

　　本文是九五攻关专题——受污染水源水净化集成技术与设备（编号96—909—03—01）中子专题“沸石吸附有机物技术研究”（编号—96—909—03—01—05）的部分内容。
　　第一作者简介：
　　郭焕晓，女，汉，环境工程硕士，1974年2月21日生，籍贯山西省孝义市，现为天津市铁道部第三勘测设计研究院环境工程师，电话：022-26175404。