新型吸附剂在废水处理中的应用

Acta

AgrieuhuraeJiangxi

新型吸附剂在废水处理中的应用

张亚斌，石鑫跃，张雯娣

(华-ILCg力大学环境科学与工程学院，河北保定071000)

摘要：综述了几种应用于废水除氟、重金属及印染废物的新型吸附荆，这些吸附剂拥有吸附量大、效率高、价格低廉、无二次污染等优点。因此，具有很高的应用价值，这为我国的废水处理提供了更多选择，。

关键词：吸附剂；氟；重金属；印染废水

中图分类粤：X131．2文献标识码：A文章编号：1001—8581(2010)08—0162—03

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ZHANGYa—bin。SHI

WastewaterTreatment

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words：Adsorbent；Fluoride；Heavymetals；Printinganddyeing

进入2l世纪以后，我国随着经济总量的增加，相应剂量、再生次数等对吸附的影响，在优化条件下的除氟率

的环境问题日益凸显。工农业生产中排放了大量的有

毒、有害废水，严重污染了湖泊及地下水，使很多地区的

约96％，吸附的最佳pH值约为7。高铝水泥来源广泛、

价格低廉，经过进一步规模化的动态实际含氟水除氟试验后，在饮用水除氟上必将具有广阔的应用前景。

王桂萍等。7。采用自制的氧化锆负载树脂氟离子吸附剂，对水样中的氟离子进行处理，pH为3．0时的吸附效果较好；pH为12．0时，其脱附效果较好。在室温下，

饮用水存在安全隐患。废水处理的方法有很多种，其中

吸附剂能够简便、安全、高效地吸附废水中的氟、重金属

及印染物，但传统的吸附剂有些价格太高，有些处理的效

果不理想，有些只能吸附特定的物质。因此，对新型吸附剂的研究具有十分重要的意义。

该吸附剂对水体中氟离子的吸附符合Langmuir等温吸

附方程，饱和吸附量为8130mg／L。该吸附剂的吸附速率较快，80min后基本达到吸附与解离的平衡，吸附速率

l废水中氟的处理

人体从饮用水中摄人过量的氟，可导致氟斑牙和氟骨症等地方性疾病，严重者可引起氟中毒。我国生活饮用水卫生标准(GB5749--2006)规定：饮用水中的氟化物含量限值为1．0mg／L。但是在我国约有7700万人饮用含氟量超过1．0m昏／L的水，其中近500万人饮用水的含氟量超过5．0-e／L“。因此，为了减少和防止氟中毒的发生，控制饮用水中F一含量是十分必要的。目前，除氟的方法有混凝沉淀法、吸附法、反渗透法、电渗析法、电凝

满足拟二级动力学方程，且脱附效果好，再生能力强。研究表明，自制的氧化锆负载树脂氟离子吸附剂是一种具

有广泛应用前景的新型氟离子吸附剂。

顾浩等碍通过固相反应，合成了氧化铝负载的氧化镧吸附剂，氧化镧对水体中的F一有较高的吸附容量，通过固相反应将其负载于氧化铝表面，获得了高效除氟吸

附材料，对F一的最大吸附量达53．4mg／g，明显优于传统吸附剂。在所合成的负载型材料中，活性组分镧的负载量决定了吸附剂的吸附效果。固相反应的焙烧温度会影响材料的吸附效果，焙烧温度为350℃时，吸附量为32．9ms／g；焙烧温度低于170℃时，吸附量为42．2mg／g。溶液pH值也会影响材料的吸附效果，但pH在6～9范围内的天然水体中，其吸附效果不低于35．1mg／g，这显示_『该吸附剂具有较宽的pH适用范围。

徐振华等一。研究表明：用聚羟基铝铁改性制得的聚羟基铝铁累托石对氟离子具有很强的吸附能力。实验制

聚法等卫“l。吸附法具有处理工艺简单、效果好等优点，是目前主要的处理工艺。常见的吸附材料主要有：活性

氧化铝、骨炭、沸石、磷灰石等。5，但由于这些材料具有吸附容量低、再生工艺复杂、选择性差等缺点，限制了其广泛应用。

付格娟等∞。研究了用改性高铝水泥除氟，采用0．5

moL／L的舭：(so,)，浸泡8h，马弗炉400℃烧制1h后，再次用0．5mol／L的A1：(SO。)，浸泡8h，这样处理的材料吸附效果最好；此外，还研究了接触HeI'日-I、pH值、吸附

收稿日期：2010—05—13

作者简介：张_珏!斌(J984一)，男，河北沧州人，硕l：研究生，研究

向：水与废水处理。

8期

张嫒斌等：新型吸附剂在废水处理中的应用

163

得的交联累托石对含氟水样的吸附平衡时间为60rain，

最佳pH值为5～7，最佳用量为1％，水样初始浓度对F一的去除率和吸附量有较大影响，等温吸附线符合Freun—dlich等温吸附方程，在吸附过程中化学吸附起主导作用。

2废水中重金属的处理

矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中排出的含重金属(如含镉、镍、汞、锌等)废水是对环境污染最严重和人类危害最大的工业废水之一，其水质、水量

与生产工艺有关。废水中的重金属一般不能被分解或破

坏，只能转移其存在的位置或转变其物化形态。采用新型吸附剂对特定重金属能够起到很好的吸附富集作用。2．1对砷的吸附消除

砷是一种毒性很强的原生质毒

物，已被美国疾病控制中心和国际癌症研究机构确定为第一类致癌物，许多国家把水中的砷列为优先控制的污

染物之一。甄青等”研究了新型高效稀土材料一氢氧

化铈对水中砷的吸附特性。结果显示，氢氧化铈在pH为4～9时，对As(Ⅲ)和As(V)表现出较强的吸附能力，其吸附容量均能达到80mg／g以上。氢氧化铈吸附As(III)的最佳pH为中性偏碱，吸附As(V)的最佳pH为弱酸性。As(Ⅲ)、As(V)在开始阶段吸附速率非常快，且As(V)的吸附速率比As(111)的快。氢氧化铈粒径的改变对As(V)的吸附效果影响不大，冈此在实际应用中不需要对粒径进行处理。共存离子对氢氧化铈吸附As(Ⅲ)和As(V)的效果影响也很小，这表明该吸附剂可以

在较高浓度的常见共存组分存在下使用，并保持较高的

砷去除率。在pH为4—11时，氢氧化铈对As(III)与As(V)的吸附均可以用Langmuir方程式进行定量描述，故氢氧化铈对As(Ⅲ)和As(V)的吸附曲线接近单分子层描述的化学吸附过程。经过测定，吸附后的吸附剂对环境无二次污染，可以在今后的大规模应用巾使用。2．2对铅的处理水体中的Pb(Ⅱ)污染主要来源于电镀、采矿等工业废水。环境水样中的铅含量是环境监测控制的一个重要指标。纳米材料是一种有着巨大应用前景的吸附材料，纳米粒子表面存在羟基，能够与阳离子键合，从而对金属离子产生吸附作用。此外，纳米粒子的比表面积大，也是纳米粒子产生吸附作用的重要原因。纳米TiO：具有良好的吸附／脱附性能，应用纳米TiO：吸附

水中金属离子已有文献报道¨。“。。张霞等”。利用TiO：

纳米颗粒的表面吸附活性，应用火焰原子吸收光谱检测

方法，高效地分离了水中痕量的Pb(Ⅱ)，结果显示：纳米

TiO：颗粒对Pb(Ⅱ)具有较高的吸附活性，且锐钛矿型

TiO：的吸附性能显著优于混合型或金红石型的TiO：。

纳米TiO：对Pb(Ⅱ)的最佳吸附条件为：pH=6．5，m(Ti02)=20nag，Po[Pb(Ⅱ)]=18

mr,／I。，t=90

min，此时

的吸附率为100％。纳米TiO：吸附量与溶液平衡浓度的

关系符合Freundlich公式。

2。3对铬的消除钢渣是钢铁企业在牛产过程中产生的一种固体废弃物。钢渣具有疏松多孔、比表面积大的特点，因此具有一定的吸附能力，而且钢渣的密度大，在水中的沉降速度快，易于固液分离，可以用作吸附材料来处理工业废水¨…。宋娟娟等m对电炉钢渣进行破碎、筛分等处理后，制备成钢渣吸附剂，在实验室中用该吸附剂处理含铬废水。当实验废水的pH值为7～11、钢渣粒度为150目、作用时间为45min、温度为25℃时，钢渣吸附剂的吸附性能最佳。处理后的废水中铬的浓度低于

1．0

mg／L，符合《污水综合排放标准》(GB8978--1996)

最高允许排放的质量浓度(1．5mg／L)的要求，可以达标排放。研究表明，钢渣是一种较好的环保吸附材料，具有吸附效果好、适应范围广、易于固液分离等优点，而且钢渣性能稳定，无毒害作用，用于处理含铬废水，可以以废治废，变废为宝，具有较高的社会效益、环保效益和经济效益。

3印染废水的处理

印染行业是工业废水的排放大户，印染废水约占整个工业废水的35％。印染废水的水质随加工纤维种类

和采用工艺及使用染料的不同而异，一般具有污染物浓

度高、种类多、色度高、含有毒有害成分的特点。印染废水所包含的染料主要有亲水性的直接染料、酸性染料、活性染料及疏水的还原染料、硫化染料、分散染料等，以及各种助剂等，这些染料品种繁多，结构复杂，加之各种物质问的协调增强作用，使印染废水处理的难度较大，因此一直是化丁=环保业关注的焦点¨8。

Meyer等”研究发现，锯末、木炭、玉米棒、稻壳等对

印染废水具有良好的脱色能力，其中木炭和稻壳的脱色

性能最好。玉米芯作为农业副产品，其产量大、来源广泛、稳定性较好，且具有较高的机械强度。张庆芳等∞1

研究了生物质吸附剂一改性玉米芯对印染废水的脱色

特性，结果显示，玉米芯对酸性大红和直接深蓝均有较好的吸附性能，而且吸附速度较快。但不同染料废水的脱色情况与pH值之间的关系并不完全一致，这可能与废水中染料分子结构有关。随着吸附剂用量和初始浓度的增加，酸性大红和直接深蓝染料的脱色率分别呈上升和下降趋势。温度对直接深蓝的脱色牢影响不大，其脱色率始终保持在95％～96％；而温度对酸性大红的影响比较明显，这可能与染料的结构有关，其作用机理有待于进

一步研究。钠离子和钾离子的存在均会导致脱色率下降，说明这2种阳离子与染料之问存在竞争吸附的作用。

稻壳是稻谷加工为大米时的副产物，按全国稻谷产

量计算，每年产生的稻壳约为350万t。这是一项数量十分可观的农产品资源，且每年均可再生，因而，加强对稻壳的研究开发具有十分重要的实际意义’21’”。。洪建捷等”’所做试验表明，硫酸活化稻壳用于吸附染料的最适

宜条件为：硫酸配成7．O％的水溶液，每100g稻壳用硫

164

江西农业学报

22卷

酸溶液30mL搅拌均匀，在130oC下活化50min，稻壳活化后对0．10mg／mL次甲基蓝溶液的吸附率为42．9％。

经硫酸活化的稻壳再以每100g加10％的双氧水30

mL

氧化活化，搅拌均匀，在180℃下活化50m

in，活化所得稻壳吸附剂对0．10mg／mL次甲基蓝水溶液的吸附率可以提高至84．1％。

海泡石的比表面积较大，具有一定的吸附能力，且

价格低廉。谢治民等Ⅲ+采用Fe3+和灿3+制得高效Fe一海泡石和m一海泡石复合吸附剂，在pH为2一10、温度

10—80℃、吸附反应时间60min时处理酸性艳兰模拟染料废水，其脱色率可达90％以上，最大吸附容量分别为

58．44、54．25mg／g，较原矿粉提高了10倍之多，较活性

炭也提高了3—4倍。该方法处理成本低、速度快、易控

制，为海泡石处理染料废水探索了一条新的途径。

焦渣是焦炭生产中的下脚料，颗粒小、价值低、产量大，对焦渣的充分利用是洁净煤技术的一个重要方面。

焦炭具有较大的比表面积，但因其孔径较大，吸附性能受到一定的影响，但大孔径对吸附附聚的染料分子团和悬浮状不溶性染料是有利的。同时，采用一定的改性技术

可使其吸附染料的能力增强，所以，改性焦渣也是一种吸附印染废水的优质材料。王益民Ⅲo采用改性焦渣、活性

炭复合使用，对高浓度印染废水进行处理，活性炭可弥补

改性焦渣吸附力弱的缺陷，改性焦渣可弥补活性炭成本

高的缺陷，从而使处理成本大大降低，吸附能力也得到了提高。改性焦渣／活性炭复合吸附剂的主要成分是碳素，用后可直接焚烧并回收能量，不易造成二次污染。结果

表明：用十二烷基苯磺酸钠溶液改性焦渣与活性炭按10：1的质量比制成复合吸附剂处理印染废水，在吸附剂用

量为废水量0．4％，pH值控制在6左右，废水水温20℃，

吸附时间20min的实验条件下，其脱色率达90．8％，

COD去除率达84．8％，SS去除率达到90．2％，因此其处

理效果较好。

4小结与讨论

一些新型吸附剂对废水中的氟、重金属和印染废物具有吸附性强、吸附量大、不易造成二次污染等优点，在

未来的废水处理中将有广阔的应用前景Ⅲ。“。我国作

为最大的发展中国家，工业发展造成一定的水污染在所

难免，因此研究一些吸附效果好、无污染、价格低的吸附

剂具有十分重要的意义。

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(下转第170页)

[170

江西农业学报22卷

试成绩和实验考试的实验结果，忽视实验过程。为了提高学生的实验操作积极性和实验操作能力，我们使用综合评价学生成绩方式。环境工程实验的考核成绩包括：实验基本知识、实验基本操作、动手能力、分析问题和解决问题的能力、创新能力等。因此，对环境工程实验成绩的评定，采用将平时实验成绩和实验考试成绩相结合的

办法，各占50％。平时实验成绩可根据学生的实验态度、实验预习报告、实验操作的规范性、实验结果、实验报告完成情况等内容综合评定给出。实验考试成绩包括实

个长期的任务，需要不断探索和完善。我们坚信，只要坚

持实验教学内容的工程性、先进性和对学生综合能力、创新能力的培养方向，并不断积累经验，就能使环境工程实

验教学更上一个新台阶，更好地适应高等教育发展对实

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验笔试成绩和综合性实验操作考试成绩两部分。笔试考查学生对环境工程实验理论、基本知识、基本原理的掌握

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通过重视实验教学，建立科学的实验教学体系，改变陈1日观念，改革实验内容，改革考核评价体系，加大环

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妒扩扩护泸矿矿护母符护护妒驴扩矿妒妒驴矿铲妒驴矿扩哮舟母商护e，意护矿驴e庐矿扩扩庐驴驴妒驴驴矿铲矿∞—4

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