鹽改性沸石處理低濃度含鎘廢水的研究

吳宏濤,鐘志成

(湖北師范學(xué)院 城市與環(huán)境學(xué)院， 湖北 黃石 435002)

鹽改性沸石處理低濃度含鎘廢水的研究

吳宏濤,鐘志成

(湖北師范學(xué)院 城市與環(huán)境學(xué)院， 湖北 黃石 435002)

采用鹽溶液對(duì)沸石進(jìn)行改性，考察了改性沸石吸附處理低濃度含鎘廢水的影響因素，研究結(jié)果表明，在廢水質(zhì)量濃度為10.93mg/L、pH為 7.37、改性沸石用量為1.0g、吸附時(shí)間為50min、反應(yīng)溫度為25℃的條件下，水中Cd2+最高去除率達(dá)到98.99%.

改性沸石；吸附；含鎘廢水

近年來，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化步伐的加快和工農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展，大量未經(jīng)處理的含鎘廢水排入水體，使得水體中含鎘量急劇增加，對(duì)飲水安全構(gòu)成了極大的威脅。Cd(Ⅱ)是水中主要重金屬污染物之一，其主要來源于采礦、冶煉、化工、電鍍等行業(yè)[1]。Cd(Ⅱ)對(duì)人體和環(huán)境的危害眾所周知，其一般通過呼吸道和消化道進(jìn)入生物體，與生物體中各種含硫基的酶結(jié)合，進(jìn)而抑制酶的活性和生理功能。水體中含有微量的鎘便可對(duì)生物和人體產(chǎn)生毒害作用[2]。我國(guó)規(guī)定：工業(yè)廢水中鎘的排放濃度限值為0.1mg/L，2006年發(fā)布的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)規(guī)定，飲水中鎘的濃度限值為0.005mg/L.因此含鎘廢水在排放前進(jìn)行有效處理具有相當(dāng)重要的環(huán)境意義[3]。

沸石是一種天然礦物，也可從工業(yè)廢棄物中合成，其具有較高的化學(xué)、生物穩(wěn)定性和優(yōu)良的吸附性能。我國(guó)沸石資源十分豐富，總貯存量占世界首位，市場(chǎng)價(jià)格也較便宜。沸石既可用來去除水中氨氮、有機(jī)物等污染物，又可用來去除水中重金屬污染物，且再生方法簡(jiǎn)單，在水和廢水處理中應(yīng)用前景廣泛[4]。天然沸石或人造沸石經(jīng)過改性，可以明顯提高其孔隙率和表面活性，提高吸附性能、離子交換性能及交換容量等，從而提高其在廢水處理中的使用價(jià)值[5]。本文探討了利用鹽改性沸石處理低濃度含鎘廢水的效果及其影響因素。

1 試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用人造沸石作為試驗(yàn)材料。其技術(shù)條件見表1.

表1 試驗(yàn)用人造沸石技術(shù)條件

1.2試驗(yàn)試劑

NaCl、KCl、FeCl3·6H2O、CdCl2·2.5H2O、鹽酸、NaOH(均為分析純)。

1.3試驗(yàn)儀器

JJ-4六聯(lián)同步電動(dòng)攪拌機(jī)、BS224型電子天平、JY4001電子天平、SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵、HWS-26電熱恒溫水浴鍋、Drying Oven SFG-02.500電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、pHS-25型pH計(jì)、島津AA-6200火焰原子吸收分光光度計(jì)、國(guó)華企業(yè)THZ-82恒溫振蕩器。

1.4試驗(yàn)方法

1.4.1 沸石預(yù)處理 用自來水將人造沸石沖洗3～4次，洗凈雜質(zhì)，再用蒸餾水沖洗2～3次，放入烘箱中在105℃溫度下烘干，冷卻后裝入密封袋中備用。

1.4.2 改性沸石的制備 稱取適量的沸石于燒杯中，加入鹽溶液，在水浴鍋中用65℃水浴加熱5h，倒出上清液，并用去離子水洗滌多次，放入烘箱中在105℃溫度下烘干，冷卻后裝入密封袋中備用。

1.4.3 吸附試驗(yàn) 在250mL燒杯中加入100mL含Cd2+廢水和一定量的改性沸石，以110r/min的轉(zhuǎn)速攪拌一定時(shí)間。取上清液用火焰原子吸收分光光度計(jì)法(波長(zhǎng)為228.8nm)測(cè)定濾液的吸光度，確定廢水中剩余Cd2+的濃度，并計(jì)算其去除率。研究過程所用廢水為模擬廢水，用分析純CdCl2·2.5H2O配制含Cd2+10.93mg/L的廢水。

2 結(jié)果與討論

2.1改性劑種類對(duì)Cd2+去除效果的影響

分別制備以1mol/L的 NaCl、KCl、FeCl3溶液作為改性劑的鹽改性沸石。每種沸石分別稱取0.5g于燒杯中，并進(jìn)行試驗(yàn)(反應(yīng)時(shí)間為30min，反應(yīng)溫度為25℃)。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 改性劑對(duì)去除效果的影響

結(jié)果表明，KCl改性的沸石處理效果較好，NaCl和FeCl3改性的沸石處理效果較差，后續(xù)的試驗(yàn)均用KCl改性的沸石作為吸附劑。

2.2改性劑濃度對(duì)Cd2+去除效果的影響

采用不同濃度的KCl溶液作為改性劑制備改性沸石。每種改性沸石分別稱取0.5g進(jìn)行試驗(yàn)(反應(yīng)時(shí)間為30min，反應(yīng)溫度為25℃)。試驗(yàn)結(jié)果見圖2.

圖2 改性劑濃度對(duì)去除效果的影響

由圖2可見，不同濃度的改性劑對(duì)水中Cd2+去除率無(wú)顯著差別。說明用1mol/LKCl改性沸石時(shí)，鉀離子與鈣離子交換已較完全，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，后續(xù)的試驗(yàn)均采用1mol/L的KCl改性的沸石。

2.3吸附時(shí)間對(duì)Cd2+去除效果的影響

稱取0.5g改性沸石6份，并進(jìn)行試驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間分別為10min、30min、40min、50min、60min、70min，反應(yīng)溫度為25℃.試驗(yàn)結(jié)果見圖3.

圖3 吸附時(shí)間對(duì)去除效果的影響

由圖3可見，在吸附時(shí)間為10min時(shí)，Cd2+去除率為94.42%，到70min時(shí)Cd2+去除率為94.05%；在吸附時(shí)間為10min到70min的時(shí)間段內(nèi)，Cd2+去除率先增加后降低，在50min時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)，去除率達(dá)到95.52%.后續(xù)試驗(yàn)的吸附處理時(shí)間均取50min.

2.4改性沸石用量對(duì)Cd2+去除效果的影響

分別稱取0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g改性沸石進(jìn)行試驗(yàn)，反應(yīng)溫度為25℃.試驗(yàn)結(jié)果見圖4.

圖4 改性沸石用量對(duì)去除效果的影響

由圖4可見，隨著改性沸石用量的增加，水中Cd2+去除率呈上升趨勢(shì)，但當(dāng)改性沸石用量達(dá)到1.0g以上后，水中Cd2+去除率增幅并不明顯，故后續(xù)試驗(yàn)均采用1.0g改性沸石。

2.5pH對(duì)Cd2+去除效果的影響

向6個(gè)燒杯中各加入1.0g改性沸石，再加入100mL廢水，調(diào)節(jié)廢水pH分別為3.16、4.55、5.39、6.83、7.37、8.43，調(diào)節(jié)水溫為25℃，進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖5.

圖5 pH對(duì)去除效果的影響

由圖5可見，在酸性條件下Cd2+的去除率較低，這是由于氫離子競(jìng)爭(zhēng)作用的結(jié)果。當(dāng)pH為7.37時(shí)，去除率可達(dá)98.99%，去除效果較好。在堿性條件下觀察到沉淀析出，此時(shí)水中Cd2+受沉淀、吸附的協(xié)同作用，其去除率進(jìn)一步提高。

2.6溫度對(duì)Cd2+去除效果的影響

向5個(gè)燒杯中各加入1.0g改性沸石，再加入100mL廢水，調(diào)節(jié)廢水pH為7.37，通過恒溫水浴分別設(shè)置反應(yīng)溫度為20℃、25℃、30℃、35℃、40℃，試驗(yàn)結(jié)果見圖6.

圖6 溫度對(duì)去除效果的影響

由圖6可見，在20～40℃的范圍內(nèi)，水中Cd2+去除率先略有增加后逐漸降低并趨于穩(wěn)定，水中Cd2+去除率未受到溫度的明顯影響。

3 結(jié)論

1)與NaCl、FeCl3等改性劑相比，采用KCl改性的沸石處理低濃度含鎘廢水可取得更高的去除效率。2)在20～40℃的范圍內(nèi)，水中Cd2+去除率先略有增加后逐漸降低并趨于穩(wěn)定，溫度對(duì)水中Cd2+去除率無(wú)明顯影響。3)采用經(jīng)1mol/L KCl溶液改性沸石1.0g，在廢水質(zhì)量濃度為10.93mg/L、pH為 7.37、吸附時(shí)間為50min、反應(yīng)溫度為25℃的條件下，水中Cd2+最高去除率達(dá)到98.99%.

[1]戴世明,呂錫武.鎘污染的水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].安全與環(huán)境工程,2006,13(3):63～71.

[2]林達(dá)紅.改性沸石粉去除微污染水源水中鎘(Ⅱ)的試驗(yàn)研究[D].廣州：暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009:1～2.

[3]楊慧芬,武志勇,張 波.不同類型沸石對(duì)水中Cd(Ⅱ)的吸附去除作用比較[J].環(huán)境工程,2008,26(增刊):349～352.

[4]何少華,黃仕元,金必慧.沸石在水和廢水處理中的應(yīng)用[J].礦業(yè)工程,2004,2(1):24～27.

[5]于鳳娥,葉志平,郭杏妹，等.沸石的改性及其在廢水處理中的應(yīng)用[J].廣東化工，2007,34(2):48～50.

Studyonthetreatmentoflowconcentrationcadmium-containingwastewaterbysaltmodifiedzeolite

WU Hong-tao,ZHONG Zhi-cheng

(College of Urban and Environmental Sciences, Hubei Normal University,Huangshi 435002,China)

Zeolite was modified by saline solution. Factors affecting the adsorption of low concentration cadmium-containing wastewater by salt modified zeolite were researched. The study results showed that under the conditions of wastewater mass concentration 10.93mg/L, pH7.37, dosage of modified zeolite 1.0g, adsorption time 50min and reaction temperature 25℃, the highest removal rate of cadmium is 98.99%.

modified zeolite; adsorb; cadmium-containing wastewater

2013—12—16

吳宏濤(1981— )，男，湖北廣水人，碩士，主要研究方向?yàn)槲鬯卫?

X703

A

1009-2714(2014)02- 0015- 04

10.3969/j.issn.1009-2714.2014.02.004