吸附法處理重金屬?gòu)U水的研究進(jìn)展

張家樺，施 巖

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吸附法處理重金屬?gòu)U水的研究進(jìn)展

張家樺，施 巖

（遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

吸附法處理重金屬?gòu)U水是將廢水中的金屬離子用吸附劑從水體中分離。介紹了黑曲霉牡蠣殼粉、改性沸石、機(jī)制竹炭、改性膨潤(rùn)、啤酒酵母、改性累托石等吸附劑對(duì)重金屬?gòu)U水的處理。對(duì)這些吸附法做了比較和評(píng)價(jià)，并對(duì)今后的研究方向提出了建議。

吸附法； 重金屬?gòu)U水； 吸附劑； 金屬離子

重金屬?gòu)U水是指礦冶、機(jī)械制造、化工、電子、儀表等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排出的含重金屬的廢水。重金屬（如含鎘、鉻、汞、銅等）廢水是對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重和對(duì)人類(lèi)危害大的工業(yè)廢水之一。2012年我國(guó)發(fā)布的《輕工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出了“十二五”期間重金屬污染防治的具體目標(biāo)，到2015年，重點(diǎn)區(qū)域的重點(diǎn)重金屬污染排放量比2007年減少15%，非重點(diǎn)區(qū)域的重點(diǎn)重金屬污染排放量不超過(guò)2007年的水平，重金屬污染得到有效控制。筆者介紹了多種金屬離子吸附法的研究現(xiàn)狀，并對(duì)今后的發(fā)展方向提出了建議，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 吸附法處理重金屬?gòu)U水的研究現(xiàn)狀

重金屬具有毒性，含有重金屬的廢水必須加以處理之后才能夠排放。如果人體攝入重金屬超過(guò)限定值將會(huì)對(duì)皮膚黏膜會(huì)產(chǎn)生腐蝕，甚至呈現(xiàn)潰瘍、斑裂等癥狀，可致皮膚癌和肺癌等疾病。

1.1 處理含鉛廢水

鉛是重金屬污染中毒性較大的一種，一但進(jìn)入人體很難排除。直接傷害人的腦細(xì)胞，特別是胎兒的神經(jīng)板，可造成先天大腦溝回淺，智力低下；對(duì)老年人造成癡呆、腦死亡等。尹利利等人[1]以模擬鉛廢水為處理對(duì)象，采用黑曲霉對(duì)含鉛廢水進(jìn)行吸附處理。在25 ℃條件下，溶液的pH值為6 ，吸附處理20 min ，經(jīng)處理后的金屬?gòu)U水中鉛離子的去除率達(dá)80%。黑曲霉是一種真菌吸附劑，具有真菌吸附劑的特性，來(lái)源豐富，培養(yǎng)簡(jiǎn)單，將黑曲霉用來(lái)處理含汞廢水將會(huì)大大節(jié)約成本。周強(qiáng)[2]等人以模擬鉛廢水為處理對(duì)象，采用牡蠣殼粉制備的吸附劑處理含鉛廢水，吸附劑的含量中牡蠣殼粉占90%，水泥為 10%。在溫度為22℃，溶液pH值為5，含鉛廢水的初始濃度為5 mg/L的條件下，吸附處理24小時(shí)，結(jié)果顯示含鉛廢水的除鉛率達(dá)到 90%以上。牡蠣殼粉制備的附劑不具有毒性，吸附過(guò)程不產(chǎn)生二次污染，且處理含鉛廢水能力強(qiáng)、成本低廉、吸附效果好、使用壽命長(zhǎng)。郝鵬飛等人[3]以模擬鉛廢水為處理對(duì)象，采用改性沸石處理含鉛廢水。在溶液pH值為6.17，鉛濃度為0.2 mg/mL的條件下，添加改性沸石1～2 g進(jìn)行處理，結(jié)果表明含鉛廢水的除鉛率達(dá)到99.4%，最大吸附量為19.88 mg/g。采用改性沸石處理含鉛廢水可將廢水中的鉛高度富集，利于回收利用，避免造成二次污染且沸石再生性穩(wěn)定，可反復(fù)使用，具有良好應(yīng)用前景。尉華娟等人[4]以模擬鉛廢水為處理對(duì)象，采用機(jī)制竹炭處理含鉛廢水。當(dāng)溶液的pH值為5.9時(shí)，用1.0 g粒徑為0.45～0.28 mm的機(jī)制竹炭對(duì)含鉛廢水進(jìn)行處理4h,結(jié)果顯示廢水中的鉛去除率為99.992%，處理后的廢水中鉛含量達(dá)到我國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)中鉛的限值0.05 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)?？傊椒ㄌ幚砗U廢水具有好的應(yīng)用前景，是今后處理含鉛廢水的研究方向之一。

1.2 處理含鉛廢水

汞攝入后直接沉入肝臟，對(duì)人體的危害主要累及中樞神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)及腎臟，此外對(duì)呼吸系統(tǒng)、皮膚、血液及眼睛也有一定的影響。李新貴等人[5]以模擬汞廢水為處理對(duì)象，采用共聚苯胺吸附劑對(duì)含汞廢水進(jìn)行吸附處理。在溫度30 ℃，溶液的pH值為4.5的條件下，處理初始濃度為20 mg/L的含汞廢水，吸附時(shí)間為24 h，結(jié)果顯示吸附處理后的含汞廢水濃度降低為1.744×10-3mg/L，經(jīng)吸附處理的含汞廢水的去除率為99.99%。吸附處理后的含汞廢水達(dá)到了國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)0.05 mg/L。張啟偉等人[6]采用模擬廢水為處理對(duì)象，用竹炭對(duì)含汞廢水進(jìn)行吸附處理。當(dāng)溶液pH值為5.9的條件下，初始濃度為0.06 mg/L的含汞廢水，吸附時(shí)間為4 h，結(jié)果顯示吸附處理后的含汞廢水濃度能降低到1.40×10-3mg/L，經(jīng)吸附處理的含汞廢水的去除率為99.99%。此外，作者還發(fā)現(xiàn)在用竹炭吸附處理含汞廢水時(shí)分次投料吸附,可減少竹炭的用量卻能得到更好的吸附效果。于瑞蓮[7]以模擬廢水為處理對(duì)象，采用改性膨潤(rùn)土吸附處理含汞廢水。在溫度為25 ℃，溶液的pH值為8時(shí)用硫酸改性的膨潤(rùn)土處理含汞廢水，含汞廢水的初始濃度為1 mg/L，改性膨潤(rùn)土的用量為10 g/L，在振速150 r/min的條件下，振蕩90 min。結(jié)果顯示經(jīng)吸附處理后的含汞廢水去除率可達(dá)97.1%。改性膨潤(rùn)土吸附處理后的含汞廢水中汞離子濃度低于國(guó)家規(guī)定的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。吸附法處理含汞廢水是一種有效途徑但是目前實(shí)例不多，有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

1.3 處理含鎘廢水

鎘通過(guò)廢水排入環(huán)境造成水體污染，人體攝入鎘污染的水，肝、腎器官的酶系統(tǒng)正常功能將受到影響，使人出現(xiàn)糖尿病等癥狀。吸附法能處理含鎘廢水。劉振揚(yáng)等人[8]以某電鍍廠(chǎng)廢水為處理對(duì)象，采用啤酒酵母處理電鍍廢水。在溶液pH值為7.0時(shí)加入酵母的量為 10 g/L，吸附時(shí)間為 90 min 。此時(shí)電鍍廢水中鎘離子的回收率為 96.8%。另外，啤酒酵母作為鎘離子的吸附劑，具有來(lái)源廣、價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)。陳云嫩等人[9]以模擬鎘廢水為處理對(duì)象，采用谷殼對(duì)廢水中的鎘離子進(jìn)行吸附處理。在溶液pH值為6時(shí)，谷殼投加量為4 g/L,振蕩速度為150 r/min的條件下，吸附反應(yīng)時(shí)間為30 min。結(jié)果顯示經(jīng)谷殼吸附后，鎘離子的去除率達(dá)到了98%。鄧書(shū)平[10]利用鎘標(biāo)準(zhǔn)貯備液配制的含鎘模擬廢水為處理對(duì)象，用改性累托石吸附處理含鎘廢水。在含鎘廢水質(zhì)量濃度為50 mg/L、溶液的pH為6.0時(shí)、在含鎘廢水中改性累托石加人量為1.2 g/L、處理時(shí)間為90 min、廢水溫度為25 ℃的條件下,改性累托石對(duì)廢水中鎘的去除率高達(dá)98.00%以上。改性累托石對(duì)含鎘廢水具有很好的吸附效果，改性累托石作為改性材料在吸附法處理金屬?gòu)U水具有可行性。張延霖等人[11]以模擬含鎘廢水為處理對(duì)象，采用改性淀粉吸附處理含鎘廢水。在溶液pH為8時(shí)、添加劑濃度2.0 g/L、廢水中鎘的含量為0.40 mg/L的條件下，廢水中鎘的最高去除率可達(dá)89.7%。經(jīng)處理后的廢水，鎘離子含量能夠達(dá)到國(guó)家水污染排放限值標(biāo)準(zhǔn)0.10 mg/L的要求。綜上所述，吸附法處理含鎘廢水開(kāi)發(fā)利用價(jià)值大，應(yīng)用前景廣闊。今后吸附法處理含鎘廢水的實(shí)際應(yīng)用將是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究方向之一。

1.4 處理含鉻廢水

鉻過(guò)量的攝入可使人體內(nèi)的蛋白質(zhì)變性，引起腎臟、肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)和血液的廣泛病變，導(dǎo)致死亡。梁愛(ài)琴等人[12]以模擬鉻廢水為處理對(duì)象，采用改性木屑處理含鉻廢水。20 mL濃度為50 mg/L 的含鉻廢水在 pH值為1～4時(shí)，經(jīng)改性木屑處理 90 min，含鉻廢水中改性木屑的添加量為1 g，處理溫度為 20～30 ℃。結(jié)果顯示含鉻廢水的去除率為90～94%，經(jīng)改性的木屑對(duì)含鉻廢水有較強(qiáng)的吸附能力。高玉紅等人[13]以模擬鉻廢水為處理對(duì)象，采用焦炭吸附處理含鉻廢水。在pH值小于等于1，焦炭粒度為200目，吸附劑焦炭的用量為40 g/L的條件下，吸附處理的時(shí)間為1.5 h,此時(shí)經(jīng)焦炭吸附處理后的含鉻廢水中鉻離子的去除率達(dá)93%。采用焦炭吸附處理含鉻廢水具有來(lái)源廣泛，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，且焦炭作為吸附劑可以再生利用，具有可行性。趙暉等人[14]以模擬鉻廢水為處理對(duì)象，采用改性花生殼吸附處理含鉻廢水。在溶液pH值為2.0時(shí)，經(jīng)硝酸改性的花生殼在含鉻廢水中的添加量為 5.0 g/L，溶液初始濃度為25 mg/L的條件下，吸附處理100 min，實(shí)驗(yàn)在常溫條件下，經(jīng)硝酸改性后的花生殼對(duì)含鉻廢水中鉻離子的吸附率達(dá)到 87%?；ㄉ鷼儆趶U棄物，經(jīng)改性處理可吸附含鉻廢水，此種方法具有深入研究?jī)r(jià)值。

1.5 處理含銅廢水

當(dāng)人體攝入含銅廢水時(shí)極易對(duì)身體內(nèi)的臟器造成負(fù)擔(dān)，特別是肝和膽，當(dāng)這兩種器官出現(xiàn)問(wèn)題后，維持人體內(nèi)的新陳代謝就會(huì)出現(xiàn)紊亂，肝硬化，肝腹水甚至更為嚴(yán)重。羊依金等人[15]以模擬銅廢水為處理對(duì)象，采用軟錳礦改性城市污泥基活性炭處理含銅廢水。在溫度為25 ℃，溶液的pH值為5.5，銅離子的初始濃度為30 mg/L，軟錳礦改性城市污泥基活性炭的用量為2 g/L的條件下，吸附處理的時(shí)間為 80 min。經(jīng)吸附處理后的廢水中銅離子的去除率可達(dá) 93. 077%。楊帆等人[16]以模擬廢水為處理對(duì)象，采用聚丙烯酸鈉吸附處理含銅廢水。在溶液的pH值為6，溫度為50 ℃，銅離子的濃度為200 mg/L的條件下，加入的聚丙烯酸鈉的量為30 g/L，對(duì)含銅廢水的吸附處理時(shí)間為60 min，此時(shí)含銅廢水中銅離子的吸附率為 97.14%，聚丙烯酸鈉最大吸附容量為 8.35 mg/g。舒穎等人[17]以模擬廢水為處理對(duì)象，采用純活性炭吸附處理含銅廢水。在常溫下，溶液的pH值為5，含銅廢水中銅離子的濃度為 30 mg/L的條件下，吸附處理時(shí)間為60 min。結(jié)果顯示純活性炭對(duì)含銅廢水中銅離子的吸附率為100%。此外作者還發(fā)現(xiàn)，純活性炭作為處理含銅廢水的吸附劑，隨著吸附處理的次數(shù)增加，純活性炭的吸附能力逐漸減弱。賈飛虎等人[18]以模擬廢水為處理對(duì)象，采用水淬渣吸附處理含銅廢水。在溶液pH值為7，水淬渣作為吸附劑時(shí)的粒徑為 100目，添加量為10 g/L的條件下，吸附時(shí)間為60 min。結(jié)果顯示含銅廢水中的銅離子的去除率達(dá)到 86.88%?？傊椒ㄎ教幚砗~廢水，不易造成二次污染，且部分吸附劑可以重復(fù)利用，降低成本。

2 結(jié)論

吸附法是處理重金屬?gòu)U水研發(fā)的重點(diǎn)課題。本文對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)吸附法處理重金屬?gòu)U水的方法和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。筆者建議今后需要圍繞以下幾方面展開(kāi)工作：吸附劑對(duì)重金屬吸附效應(yīng)的研究；吸附劑吸附處理重金屬?gòu)U水后是否產(chǎn)生二次污染物的相關(guān)研究；吸附法實(shí)例化的可行性和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的研究。目前國(guó)內(nèi)對(duì)吸附法處理重金屬?gòu)U水的研究大多數(shù)還處在實(shí)驗(yàn)室階段。吸附劑的性能的完善和提高還有大量的工作要做，要想快速產(chǎn)業(yè)化，理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面的研究需要同步推進(jìn)。

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Research Progress in Adsorption Treatment of Heavy Metal Wastewater

（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

Adsorption treatment of heavy metal wastewater is to separate metal ions in wastewater by using adsorbents. In this article, adsorption treatment of heavy metal wastewater by using different adsorbents was introduced, such as aspergillus niger oyster shell powder, modified zeolite, mechanism charcoal, modified bentonite, beer yeast and so on. The adsorption methods were compared and evaluated; and the future research direction was proposed.

Adsorption method; Heavy metal wastewater; Adsorbent; Metal ions

X 703

A

1671-0460（2014）06-0991-03

2013-09-21

張家樺（1992-），男，福建南平人，研究方向：給水排水。E-mail：3257403@qq.com。

施巖（1977-），男，遼寧撫順人，博士研究生，講師，研究方向：化工工藝。郵箱：309762528@qq.com。