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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京） 教授、博士生導(dǎo)師 白志民本文看點(diǎn)
? 沸石簡(jiǎn)介
? 沸石在污水處理中的作用
? 沸石在VOC處理中的應(yīng)用
? 面臨的戰(zhàn)略機(jī)遇
沸石是什么？
沸石是一類(lèi)具有孔道結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物，具有幾十個(gè)品種；在自然界中廣泛分布，但形成高品質(zhì)富礦較少；也可人工合成。
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沸石獨(dú)特的性質(zhì)
?吸附性：沸石有很大的比表面積和表面不飽和電荷，具有很強(qiáng)的靜電引力和強(qiáng)的吸附性能；
? 離子交換性：沸石孔道中具有豐富的可交換陽(yáng)離子，如K+、Na+、Ca2+等；
? 催化性：沸石晶體結(jié)構(gòu)中具有豐富的酸性中心；
?分子篩效應(yīng)：沸石具有固定尺寸的孔道，這種結(jié)構(gòu)起到了篩選分子的作用；
?耐酸堿耐高溫： 沸石在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及高溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)不破壞。
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沸石的結(jié)構(gòu)骨架
沸石的結(jié)構(gòu)骨架主要有四面體、環(huán)形、籠形、孔道體系等。
在沸石的上述骨架外，還有一些堿金屬或堿土金屬陽(yáng)離子（K+、Na+、Ca2+等）
? 這些陽(yáng)離子位于沸石孔道中。
? 主要是補(bǔ)償由于Al3+替代Si4+后引起的電價(jià)不平衡。
? 與硅氧四面體的連接力較弱，可交換陽(yáng)離子。
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沸石的孔道結(jié)構(gòu)及吸水-脫水
沸石骨架結(jié)構(gòu)中含有四、五、六、八、十或十二個(gè)四面體構(gòu)成的環(huán)面，形成一定大小的孔洞及管道，使得沸石能選擇性的吸附大小適當(dāng)?shù)姆肿?，因此沸石又稱(chēng)為“分子篩”。沸石孔洞及管道中的陽(yáng)離子及水分子，由于具有相當(dāng)?shù)目箘?dòng)性，使得沸石有離子交換及可逆的吸水脫水特性，同時(shí)結(jié)構(gòu)中不同大小的陽(yáng)離子會(huì)使得沸石孔洞的大小與極性隨之改變，沸石具有的吸附性、離子交換性、催化性，決定沸石可用于環(huán)境材料，用于污水、有害氣體處理。
沸石在污水處理中的作用
1、通過(guò)吸附-離子交換-催化，降低氨氮含量；
2、通過(guò)吸附-離子交換，有效去除重金屬及放射性元素；
3、作為絮凝過(guò)程中的成核劑，可以加快絮凝和沉淀速率，提高污水處理效率；降低污泥水分含量和處理成本。
絮凝-沉淀示意圖
成核-絮凝-沉淀示意圖
沸石污水處理工藝流程
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城市或工業(yè)污水處理效果
指標(biāo)
進(jìn)水
出水
去除率
化學(xué)需氧量（COD，mg/L）
220
84
62%
總 磷（TP ，mg/L)
4.5
0.5
89%
氨 氮（NH3-N，mg/L)
15
7.8
48%
懸浮物（SS，mg/L)
180
10
94%
從處理前后水質(zhì)數(shù)據(jù)及感官上的對(duì)比可見(jiàn)，沸石污水處理大大削減進(jìn)入河道的污染物濃度。
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地表水處理效果
沸石污水處理可消除劣五類(lèi)水，消除黑臭水體
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沸石在污水處理中的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)
? 充分發(fā)揮了沸石獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)以及環(huán)境屬性；
? 實(shí)現(xiàn)了沸石環(huán)境材料與污水處理設(shè)備的完美結(jié)合，運(yùn)行效率高，凈化能力強(qiáng)；
? 可有效去除水中的COD、BOD、NH3-N、TP、懸浮物等，具有脫色、除臭、除味等綜合功效；
? 可有效去除水中的重金屬（鎘、鉻、汞、鉛、砷等）、放射性物質(zhì)；
?污泥資源化再利用，有效避免了二次污染。
沸石在VOC處理中的應(yīng)用
活性炭、沸石均含有豐富的均勻微孔結(jié)構(gòu)，都是廢水處理、廢氣處理常用的吸附劑，由于沸石是具有硅氧四面體和鋁氧八面體組成四元環(huán)和六元環(huán)形成孔道結(jié)構(gòu)，多為2~50nm微孔尺寸，利用巨大的內(nèi)表面積進(jìn)行吸附；活性炭多是無(wú)定形的多孔結(jié)構(gòu)，對(duì)吸附物質(zhì)缺乏選擇性。因此，沸石吸附性能更好。
沸石顆粒與活性炭吸附VOC效果對(duì)比表
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VOC處理裝置示意圖與實(shí)景照片
沸石VOC處理裝置
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沸石VOC處理的優(yōu)勢(shì)
? 吸附率高：相比活性炭，綜合吸附性能高40%以上；
? 使用次數(shù)：活性炭是一次性的，沸石可反復(fù)使用4次，4次后吸附性能逐漸降低；
? 耐火性：活性炭耐火性低，容易引發(fā)火災(zāi)；沸石作為無(wú)機(jī)材料，耐火性極高；
? 價(jià)格低：相比活性炭，價(jià)格低30%以上；
?耗材：無(wú)需更換原有設(shè)備，是一款高效的活性炭替代產(chǎn)品。
沸石環(huán)境污染治理面臨的戰(zhàn)略機(jī)遇
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國(guó)家層面
近年來(lái)，中央陸續(xù)頒布了環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的“土十條”、“水十條”和“大氣十條”，這為環(huán)境污染治理營(yíng)造了非常有利的政策環(huán)境,也是沸石作為環(huán)境材料工業(yè)應(yīng)用的重要戰(zhàn)略機(jī)遇。
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需求層面
近年來(lái)，沸石這一具有特殊環(huán)保屬性的天然材料，其功能屬性被越來(lái)越多的環(huán)?？萍既藛T和環(huán)保企業(yè)所認(rèn)識(shí)，它在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是人工濕地建設(shè)、地表水處理、VOD污染治理等領(lǐng)域，其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)具有不可替代性。
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供給側(cè)層面
長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)天然沸石開(kāi)采-加工產(chǎn)業(yè)處于小、散、亂的狀態(tài)，企業(yè)數(shù)目多，但規(guī)?；行Ч┙o不足。
可喜的是，2016年，國(guó)投盛世科技公司在河北圍場(chǎng)建立了年產(chǎn)100萬(wàn)噸沸石環(huán)保材料的現(xiàn)代化企業(yè)，具備了規(guī)?；_(kāi)采、精細(xì)加工、大體量、高質(zhì)量供應(yīng)沸石環(huán)保材料的能力，使我國(guó)沸石環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了新的歷史階段。
展 望有理由相信，在國(guó)家政策的引導(dǎo)下，在各界同仁的共同努力下，我國(guó)的沸石環(huán)保產(chǎn)業(yè)一定會(huì)得到快速健康發(fā)展，我們的天會(huì)越來(lái)越藍(lán)，水越來(lái)越清，美好的未來(lái)正在向我們招手！注：對(duì)技術(shù)有興趣可后臺(tái)留意或與編輯部聯(lián)系索取資料。
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