Study on Removal Effect of Benzene from Low-level Polluted Water with Zeolite
郭煥曉¹ 王彥斌² 邱熔處³
（1，2天津市鐵道部第三勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院環(huán)境工程處，300142；3甘肅省蘭州市蘭州鐵道學(xué)院環(huán)境工程系，730070）

　　摘要：苯是一種致癌物質(zhì)，對(duì)人體和水生生物均有不同程度的毒性。苯的工業(yè)污染源泉主要是石油化工、煉焦化工生產(chǎn)的排放廢水。同時(shí)，苯作為重要溶劑及生產(chǎn)原料有著廣泛的應(yīng)用，在油漆、農(nóng)藥、醫(yī)藥，有機(jī)化工等行業(yè)的排放廢水中也含有較多的笨。
　　沸石是一種天然的多孔礦物，具有很大比表面積，具有過(guò)濾作用，而且還具有去除水中有害的重金屬離子和部分有機(jī)物的作用。
　　本文對(duì)白銀塊型斜發(fā)、白銀砂型斜發(fā)、縉云絲光進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)氯化鈉在常溫常壓下活化處理后的縉云斜發(fā)沸石對(duì)苯具有最好的吸附性能。通過(guò)優(yōu)選出的鈉型白銀塊型斜發(fā)沸石和縉云斜發(fā)沸石對(duì)水中苯的動(dòng)態(tài)過(guò)濾吸附試驗(yàn)，并與濾池中常用的石英砂濾料做對(duì)比，得出沸石對(duì)水中的微量苯的去除效果明顯優(yōu)于砂濾料。
　　關(guān)鍵字：沸石、苯、靜態(tài)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

　　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

　　沸石是呈架狀結(jié)構(gòu)的多孔含水鋁硅酸鹽晶體的沸石族礦物的總稱(chēng)，有自然界天然存在的礦物，也有人工合成的晶體。由沸石的化學(xué)式可以看出，沸石化學(xué)成分實(shí)際上是由SiO_2、A1₂O₃、H₂O、堿和堿土金屬離子四部分構(gòu)成。其化學(xué)式可用下式表示：
　　（Na,K)x(Mg、Ca、Sr、BA)Y[A1x+2YSin-(x+2Y)O2n].mH2O
　　我國(guó)沸石礦藏大部分屬斜發(fā)沸石，另有部分絲光沸石。沸石礦物一般都與其它巖石共生。本文研究采用了白銀斜發(fā)沸石、縉云斜發(fā)沸石、縉云絲光沸石做對(duì)比試驗(yàn)。
　　白銀斜發(fā)沸石經(jīng)分析得出結(jié)論為鈉鈣型型高硅斜發(fā)沸石，沸石硬度為4級(jí)。顏色分為磚紅色、灰色、紅色、紫紅色四種。
　　縉云斜發(fā)沸石屬于單斜晶體，顏色為白色、淡黃色。呈寬板條狀、細(xì)板條狀、不規(guī)則粒狀等。常溫下不溶于鹽酸、磷酸和醋酸，微溶于硫酸，緩溶于草酸。鏡下為無(wú)色透明，具明顯的負(fù)突起。縉云斜發(fā)沸石同樣具有豐富的內(nèi)表面，已大量被用于其它各種行業(yè)?？N云斜發(fā)沸石的骨架結(jié)構(gòu)還沒(méi)有完全確定?？N云沸石的有效孔徑較大，吸附性能較好。
縉云絲光沸石的骨架結(jié)構(gòu)主要是由五元環(huán)構(gòu)成，從總體來(lái)說(shuō)，絲光沸石象一堆平徑安裝的管束，天然沸石的晶格不十分整齊，孔道有扭曲，因此，一般的有效孔徑都會(huì)小些?？N云絲光沸石屬于斜方晶體，顏色為白色、淡黃色，呈纖維狀、毛發(fā)狀、結(jié)合體呈束狀，放射環(huán)球粒狀，扇狀等。縉云絲光沸石具有豐富的內(nèi)表面。由縉云絲光沸石具有多孔大表面積，因此它具有良好的吸附性。有可能吸附一些有機(jī)物。

　　研究方法

　　采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)相結(jié)合的方法，靜態(tài)主要用于確定活化劑和沸石種類(lèi)，從而為動(dòng)態(tài)沸石吸附性能研究選出最優(yōu)的沸石品種。動(dòng)態(tài)用于吸附效果的測(cè)定和沸石吸附性能的研究。
　　靜態(tài)試驗(yàn)：稱(chēng)取一定量各種類(lèi)型沸石分別加入待測(cè)定的苯溶液，同時(shí)只加同量的苯溶液，不加沸石，作為空白，用于測(cè)定比較。振蕩一定時(shí)間，取出一定量進(jìn)行測(cè)定。
　　動(dòng)態(tài)試驗(yàn)：在一定直徑的有機(jī)玻璃柱子中裝入一定量的沸石，用自來(lái)水沖洗干凈。然后滴加苯試驗(yàn)溶液，并采用水力真空流量穩(wěn)定裝置嚴(yán)格控制所要求的流速。裝置圖如附圖所示。
　　苯的分析方法根據(jù)所分析樣中苯的含量多少，可采用二硫化碳萃取和頂空取樣兩種方法，本試驗(yàn)采用二硫化碳萃取氣相色譜法進(jìn)行測(cè)定。本方法檢出濃度為0.05mg/1，檢測(cè)上限為12mg/1。

　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

　　一、吸附平衡時(shí)間的確定
　　活化處理后的同一種沸石經(jīng)平衡實(shí)驗(yàn)得到的測(cè)定結(jié)果和數(shù)據(jù)見(jiàn)表1和圖1。從表1和圖1可以看出：當(dāng)達(dá)到15h時(shí)，沸石對(duì)苯吸附達(dá)到平衡，即沸石對(duì)苯的吸附平衡時(shí)間為15h；同時(shí)可以看出隨著振蕩時(shí)間的增加，苯揮發(fā)并不嚴(yán)重，空白試驗(yàn)的濃度降低并不很?chē)?yán)重，以后的試驗(yàn)均可采用一個(gè)空白作參照。

　　二、  幾種沸石吸附性能的比較
　　對(duì)沸石進(jìn)行靜態(tài)吸附性能的比較可以得出表2的結(jié)果。

　　從表2可以看出：縉云斜發(fā)（NaC1）沸石對(duì)苯的吸附性最好，與縉云斜發(fā)沸石具有較大的比表面相吻合；同時(shí)縉云斜發(fā)沸石和縉云絲光沸石經(jīng)氯化鈉活化后，可提高吸附效果，擴(kuò)大其比表面積和孔徑。

　　三、吸附苯的效果

　　動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)見(jiàn)表3和圖2所示?？梢钥闯觯嚎N云斜發(fā)沸石對(duì)苯有較好的去除效果，且對(duì)應(yīng)于各個(gè)流速，去除效果均比白銀塊型沸石要好；白銀塊型斜發(fā)沸石去除效果不如縉云斜發(fā)沸石好，但比石英砂的效果好，石英砂開(kāi)始時(shí)有一定的去除效果，但隨著流速的增加，去除效果降低很快，且比上述兩種沸石的效果要差。

　　結(jié)論：

　　1、天然沸石在常溫、常壓下經(jīng)過(guò)化學(xué)溶液的活化處理，可改變吸附有機(jī)物的效果。通過(guò)氯化鈉活化后的沸石對(duì)苯有一定的去除效果。它們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對(duì)苯的吸附性能。
　　2、縉云斜發(fā)（NaC1）沸石對(duì)苯的吸附性能比白銀塊型斜發(fā)沸石（NaC1）好。
　　3、經(jīng)氯化鈉活化后的沸石對(duì)苯的吸附的去除效果比砂濾料好的多。因此用活化沸石代替濾池中的砂濾在一定程度上可以改善水源泉受苯微污染的自來(lái)廠出水水質(zhì)。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果與靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果相符。
　　4、根據(jù)這幾種沸石對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果，以縉云斜發(fā)沸石的效果最好，可作為用于處理受苯微污染水的一種推薦過(guò)濾材料。這對(duì)今后推廣使用沸石改善我國(guó)水源受苯污染的自來(lái)水廠出水水質(zhì)具有重大意義。
　　5、經(jīng)活化后的天然沸石吸附代替?zhèn)鹘y(tǒng)砂濾池中的砂濾料，使濾池兼具有過(guò)濾去除水中濁度、細(xì)菌的作用，而且還具有去除水中有毒的重金屬離子和部分溶解性的苯。
　　6、沸石是一種廉價(jià)的地方性材料，在我國(guó)具有豐富的儲(chǔ)量，來(lái)源廣泛，作為水處理的過(guò)濾材料，具有足夠的強(qiáng)度，其價(jià)格低于活性炭1/20以下，接近于砂濾料的價(jià)格。可以在不增設(shè)專(zhuān)門(mén)構(gòu)筑物和不增加設(shè)備的前提下，改善出水水質(zhì)，適用于現(xiàn)有工廠的處理工藝改選和新建水廠，沸石用于處理微污染水，具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全等優(yōu)點(diǎn)，便于推廣。

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　　本文是九五攻關(guān)專(zhuān)題——受污染水源水凈化集成技術(shù)與設(shè)備（編號(hào)96—909—03—01）中子專(zhuān)題“沸石吸附有機(jī)物技術(shù)研究”（編號(hào)—96—909—03—01—05）的部分內(nèi)容。
　　第一作者簡(jiǎn)介：
　　郭煥曉，女，漢，環(huán)境工程碩士，1974年2月21日生，籍貫山西省孝義市，現(xiàn)為天津市鐵道部第三勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院環(huán)境工程師，電話(huà)：022-26175404。