非金屬礦具備許多優(yōu)良及不可替代的特性，在環(huán)境保護(hù)方面起著舉足輕重的作用。作為從事非金屬礦產(chǎn)品研發(fā)的專門機(jī)構(gòu)，近年來，咸陽非金屬礦研究設(shè)計(jì)院在開發(fā)非金屬礦新用途，特別是在開發(fā)環(huán)保產(chǎn)品方面做了一些研究工作。本文概括地介紹我院近年來在廢水處理方面所做的研究。
一、處理印染廢水的凈水劑
我國是紡織印染工業(yè)大國，印染廢水日排放量約400萬立方米，主要污染為漿料、油劑、染料、助劑等。印染廢水具有量大、分布面廣、水質(zhì)變化快、有機(jī)物含量高、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，是難處理的工業(yè)廢水之一。目前國內(nèi)常用的治理方法均因成本高、處理效果不理想而難以具體實(shí)施。我們在吸收、消化國外資料的基礎(chǔ)上，通過對新疆某地天然膨潤土經(jīng)納化處理和無機(jī)聚合物改性制成凈水劑產(chǎn)品。該產(chǎn)品對有機(jī)印染水污染物有較強(qiáng)的吸附能力，用選擇絮凝－吸附法工藝處理后的印染廢水的水質(zhì)達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
我們還針對新疆北屯蛋白土資源，開發(fā)研制了凈水劑產(chǎn)品。該蛋白土凈水劑可不預(yù)先調(diào)整污水的pH值，沉降速度更快，經(jīng)凝聚而生成的污泥塊具有不易散裂的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，成本和效益比以往的硫酸鋁、氯化鐵、硫化鐵等凈水劑，聚乙烯亞胺類、聚乙烯亞胺置換離子類等高分子凈水劑有極大的提高，應(yīng)用更為廣泛。另外，凝聚后的污泥沒有必要進(jìn)行調(diào)整處理，可以以原樣作為肥料使用，既治理了污染，又不再次污染環(huán)境。我們通過對蛋白土的深加工，大大提高了蛋白土礦物的應(yīng)用價(jià)值，開辟了非金屬礦物新的應(yīng)用領(lǐng)域，填補(bǔ)了蛋白土在污水處理領(lǐng)域的一項(xiàng)空白，使低成本的蛋白土礦物有了較大的增值。
二、處理造紙廢水的凈水劑
據(jù)考察，年產(chǎn)量1萬噸成品紙廠的年排放廢水為250～300萬立方米，其中高濃度黑液1～2萬立方米，這些廢水黑液含堿、木質(zhì)素等，濃度高，色度深，處理難度大。盡管國內(nèi)有幾種處理方法，但這些方法因受技術(shù)、資金等條件限制，設(shè)備投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，一般造紙廠難以承受。我們曾對新疆某地膨潤土作過提純改性，經(jīng)復(fù)合加工而制成的復(fù)合物對造紙黑液進(jìn)行的處理試驗(yàn)結(jié)果表明，該復(fù)合物具有理想的吸附能力和脫色效果。
三、重金屬廢水處理劑
目前國內(nèi)建筑裝飾材料行業(yè)發(fā)展很快，作為優(yōu)良的裝飾板材，天然石材因其具有許多優(yōu)良及不可替代的品質(zhì)而廣泛應(yīng)用于裝飾行業(yè)。然而，天然石材因其自身存在的各種缺陷，無論在色彩、硬度及孔隙率方面，使其價(jià)值大打折扣。生產(chǎn)廠家根據(jù)市場趨勢，紛紛對天然石材進(jìn)行染色、改色處理。然而，天然石材的染色技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家已不提倡采用，主要是因?yàn)檫@種工藝應(yīng)用的結(jié)果會產(chǎn)生大量含重金屬離子的廢水。這些重金屬離子主要是鉻、鈷、銅等，染色過程中產(chǎn)生的廢水會污染水源及地下水，對人們的生存環(huán)境構(gòu)成威脅。福建、廣東、廣西、湖北、山東及河南等石材大省，采用化學(xué)法進(jìn)行石材改色的廠家很多。我們通過對福建某石材廠石材改色廢水的有效處理，使其廢水排放達(dá)到了國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我們通過對膨潤土和硅藻土進(jìn)行酸活化處理、改性技術(shù)，使礦物內(nèi)部及表面構(gòu)造發(fā)生變化，比表面積增大，改善和調(diào)整吸附材料的親水性和疏水性，使其吸附性能得以提高。具體操作過程是，先將一定量的吸附劑加入到含重金屬離子的廢水中，讓含重金屬離子的廢水與吸附劑充分接觸一定時(shí)間，水中的有害元素吸附到吸附劑中，再讓已吸附了有害成分的吸附劑與水一起首先通過流速為2升/分、表觀壓力為0.5公斤/平方米的預(yù)過濾器，然后通過一個多孔的、無紡布基底形式的過濾器介質(zhì)，就可以從水中有效地除去重金屬離子。
四、處理城市生活廢水
生活廢水的大量排放，勢必對我們的生存環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。傳統(tǒng)的治理方法耗資大，同時(shí)氯化后的水質(zhì)對人體的健康會造成一定程度的損害。而天然礦物由于其本身具備獨(dú)特的理化性能，通過對其的有效利用，可以凈化生活廢水。
天然多孔質(zhì)硅藻土礦物與活性炭、沸石等普通吸附劑在性能方面差異較大。天然硅藻土經(jīng)煅燒后其特性主要表面在：①孔徑較細(xì)，比表面積為110～130m2/g，是多孔性物質(zhì)；②孔隙率為40%～50%，比重1.2，具有親水性；③對氣體狀及水中的氨和蛋白質(zhì)有很強(qiáng)的吸附作用；④有優(yōu)良的微生物附著性。利用天然多孔質(zhì)硅藻土燒成品的這種優(yōu)良性能，我們將其作為微生物載體進(jìn)行了廢水處理試驗(yàn)，將天然多孔質(zhì)硅藻土燒成品作為過濾材料設(shè)于微生物處理裝置中，使廢水在該裝置中進(jìn)行循環(huán)，同時(shí)在微生物處理裝置的出口裝設(shè)紫外線殺菌裝置，循環(huán)廢水通過微生物處理裝置時(shí)，廢水中的氨、尿素和有機(jī)物等得到了分解處理。進(jìn)而，通過微生物處理裝置的廢水中所含的雜菌，在紫外線殺菌裝置中被殺滅，所以，即使長期作業(yè)，該裝置中的微生物因無雜菌而不妨害其成生，廢水中的BOD和COD可以穩(wěn)定地減少，透明度可逐步增大。由此可以看出，非金屬礦產(chǎn)品是城市生活廢水處理的理想材料之一。
國內(nèi)外近年來對非金屬礦用于水處理的研究成果和我們在印染、生活廢水和造紙黑液廢水處理方面的初步實(shí)踐表明，非金屬礦產(chǎn)品是用于各種廢水處理的廉價(jià)、高效的凈水材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。新型非礦吸附材料的研究、開發(fā)和生產(chǎn)，符合國家環(huán)境及自然資源保護(hù)戰(zhàn)略，是市場和社會的需求，與人類健康密切相關(guān)，同時(shí)可以合理利用我國非金屬礦資源，加快非礦改性、改型步伐，改變我國非金屬礦初加工產(chǎn)品多、深加工高附加值產(chǎn)品少的局面。
一、處理印染廢水的凈水劑
我國是紡織印染工業(yè)大國，印染廢水日排放量約400萬立方米，主要污染為漿料、油劑、染料、助劑等。印染廢水具有量大、分布面廣、水質(zhì)變化快、有機(jī)物含量高、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，是難處理的工業(yè)廢水之一。目前國內(nèi)常用的治理方法均因成本高、處理效果不理想而難以具體實(shí)施。我們在吸收、消化國外資料的基礎(chǔ)上，通過對新疆某地天然膨潤土經(jīng)納化處理和無機(jī)聚合物改性制成凈水劑產(chǎn)品。該產(chǎn)品對有機(jī)印染水污染物有較強(qiáng)的吸附能力，用選擇絮凝－吸附法工藝處理后的印染廢水的水質(zhì)達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
我們還針對新疆北屯蛋白土資源，開發(fā)研制了凈水劑產(chǎn)品。該蛋白土凈水劑可不預(yù)先調(diào)整污水的pH值，沉降速度更快，經(jīng)凝聚而生成的污泥塊具有不易散裂的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，成本和效益比以往的硫酸鋁、氯化鐵、硫化鐵等凈水劑，聚乙烯亞胺類、聚乙烯亞胺置換離子類等高分子凈水劑有極大的提高，應(yīng)用更為廣泛。另外，凝聚后的污泥沒有必要進(jìn)行調(diào)整處理，可以以原樣作為肥料使用，既治理了污染，又不再次污染環(huán)境。我們通過對蛋白土的深加工，大大提高了蛋白土礦物的應(yīng)用價(jià)值，開辟了非金屬礦物新的應(yīng)用領(lǐng)域，填補(bǔ)了蛋白土在污水處理領(lǐng)域的一項(xiàng)空白，使低成本的蛋白土礦物有了較大的增值。
二、處理造紙廢水的凈水劑
據(jù)考察，年產(chǎn)量1萬噸成品紙廠的年排放廢水為250～300萬立方米，其中高濃度黑液1～2萬立方米，這些廢水黑液含堿、木質(zhì)素等，濃度高，色度深，處理難度大。盡管國內(nèi)有幾種處理方法，但這些方法因受技術(shù)、資金等條件限制，設(shè)備投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，一般造紙廠難以承受。我們曾對新疆某地膨潤土作過提純改性，經(jīng)復(fù)合加工而制成的復(fù)合物對造紙黑液進(jìn)行的處理試驗(yàn)結(jié)果表明，該復(fù)合物具有理想的吸附能力和脫色效果。
三、重金屬廢水處理劑
目前國內(nèi)建筑裝飾材料行業(yè)發(fā)展很快，作為優(yōu)良的裝飾板材，天然石材因其具有許多優(yōu)良及不可替代的品質(zhì)而廣泛應(yīng)用于裝飾行業(yè)。然而，天然石材因其自身存在的各種缺陷，無論在色彩、硬度及孔隙率方面，使其價(jià)值大打折扣。生產(chǎn)廠家根據(jù)市場趨勢，紛紛對天然石材進(jìn)行染色、改色處理。然而，天然石材的染色技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家已不提倡采用，主要是因?yàn)檫@種工藝應(yīng)用的結(jié)果會產(chǎn)生大量含重金屬離子的廢水。這些重金屬離子主要是鉻、鈷、銅等，染色過程中產(chǎn)生的廢水會污染水源及地下水，對人們的生存環(huán)境構(gòu)成威脅。福建、廣東、廣西、湖北、山東及河南等石材大省，采用化學(xué)法進(jìn)行石材改色的廠家很多。我們通過對福建某石材廠石材改色廢水的有效處理，使其廢水排放達(dá)到了國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我們通過對膨潤土和硅藻土進(jìn)行酸活化處理、改性技術(shù)，使礦物內(nèi)部及表面構(gòu)造發(fā)生變化，比表面積增大，改善和調(diào)整吸附材料的親水性和疏水性，使其吸附性能得以提高。具體操作過程是，先將一定量的吸附劑加入到含重金屬離子的廢水中，讓含重金屬離子的廢水與吸附劑充分接觸一定時(shí)間，水中的有害元素吸附到吸附劑中，再讓已吸附了有害成分的吸附劑與水一起首先通過流速為2升/分、表觀壓力為0.5公斤/平方米的預(yù)過濾器，然后通過一個多孔的、無紡布基底形式的過濾器介質(zhì)，就可以從水中有效地除去重金屬離子。
四、處理城市生活廢水
生活廢水的大量排放，勢必對我們的生存環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。傳統(tǒng)的治理方法耗資大，同時(shí)氯化后的水質(zhì)對人體的健康會造成一定程度的損害。而天然礦物由于其本身具備獨(dú)特的理化性能，通過對其的有效利用，可以凈化生活廢水。
天然多孔質(zhì)硅藻土礦物與活性炭、沸石等普通吸附劑在性能方面差異較大。天然硅藻土經(jīng)煅燒后其特性主要表面在：①孔徑較細(xì)，比表面積為110～130m2/g，是多孔性物質(zhì)；②孔隙率為40%～50%，比重1.2，具有親水性；③對氣體狀及水中的氨和蛋白質(zhì)有很強(qiáng)的吸附作用；④有優(yōu)良的微生物附著性。利用天然多孔質(zhì)硅藻土燒成品的這種優(yōu)良性能，我們將其作為微生物載體進(jìn)行了廢水處理試驗(yàn)，將天然多孔質(zhì)硅藻土燒成品作為過濾材料設(shè)于微生物處理裝置中，使廢水在該裝置中進(jìn)行循環(huán)，同時(shí)在微生物處理裝置的出口裝設(shè)紫外線殺菌裝置，循環(huán)廢水通過微生物處理裝置時(shí)，廢水中的氨、尿素和有機(jī)物等得到了分解處理。進(jìn)而，通過微生物處理裝置的廢水中所含的雜菌，在紫外線殺菌裝置中被殺滅，所以，即使長期作業(yè)，該裝置中的微生物因無雜菌而不妨害其成生，廢水中的BOD和COD可以穩(wěn)定地減少，透明度可逐步增大。由此可以看出，非金屬礦產(chǎn)品是城市生活廢水處理的理想材料之一。
國內(nèi)外近年來對非金屬礦用于水處理的研究成果和我們在印染、生活廢水和造紙黑液廢水處理方面的初步實(shí)踐表明，非金屬礦產(chǎn)品是用于各種廢水處理的廉價(jià)、高效的凈水材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。新型非礦吸附材料的研究、開發(fā)和生產(chǎn)，符合國家環(huán)境及自然資源保護(hù)戰(zhàn)略，是市場和社會的需求，與人類健康密切相關(guān)，同時(shí)可以合理利用我國非金屬礦資源，加快非礦改性、改型步伐，改變我國非金屬礦初加工產(chǎn)品多、深加工高附加值產(chǎn)品少的局面。
