污水處理技術(shù)中竹炭的應(yīng)用探討

中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司（四川 成都 610000）

【摘要】：我國(guó)的水體污染問(wèn)題較嚴(yán)重，江河湖泊等的污染率已經(jīng)達(dá)到了80.1%，污水處理問(wèn)題是我國(guó)要解決的重要問(wèn)題。本文主要介紹竹炭在污水處理中對(duì)水體中的有機(jī)物、重金屬離子等的吸附作用，說(shuō)明了竹炭在污水處理中的重要作用，指出在污水處理中竹炭的應(yīng)用問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】：污水處理；竹炭；吸附；應(yīng)用

0引言

我國(guó)地域廣闊，總體水資源充足，但大部分水體被嚴(yán)重污染，據(jù)統(tǒng)計(jì)，江河湖庫(kù)底質(zhì)的污染率高達(dá)80.1%，污水處理問(wèn)題是我國(guó)要解決的重要問(wèn)題。吸附法是解決污水問(wèn)題的重要方法，此種方法具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、效率高等優(yōu)點(diǎn)。竹炭是吸附法應(yīng)用的重要材料，具有廣泛的應(yīng)用。

1 竹炭在污水處理應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

（1）竹類(lèi)植物具有很強(qiáng)的生長(zhǎng)能力，我國(guó)竹炭資源豐富，成本較低，同時(shí)機(jī)械強(qiáng)度較高；

（2）可以代替木質(zhì)的活性炭，減少木材浪費(fèi)，保護(hù)環(huán)境；同時(shí)有利于發(fā)展竹類(lèi)等農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；

（3）竹炭的材質(zhì)較硬，具有多孔的結(jié)構(gòu)，比表面積較大，具有很好的吸附性能，完全可以在污水處理中應(yīng)用。

2 竹炭在吸附水中有機(jī)物方面的應(yīng)用

水中重要的有害的有機(jī)污染物包括：苯胺化合物、酚類(lèi)化合物、有機(jī)的鹵化物、硝基苯化物等，這些類(lèi)污染物分部面積廣闊，數(shù)量巨大，會(huì)造成人體健康的重大危害，并且對(duì)生態(tài)環(huán)境造成重大破壞。竹炭在對(duì)水體中有機(jī)物的吸附方面具有很強(qiáng)的能力。

1.1對(duì)苯胺化合物的吸附作用

在酸性HAc-NaAc水體中，竹炭對(duì)苯胺化合物具有特別強(qiáng)的吸附能力，能很好的去掉水中的苯胺化合物，特別是在PH=5.9的環(huán)境下具有最強(qiáng)的吸附性能；在整個(gè)的吸附過(guò)程中，會(huì)釋放出一定的熱量；同時(shí)，對(duì)完成吸附過(guò)程的竹炭在一定濃度的硫酸中進(jìn)行微波加熱處理，可以幫助竹炭完成吸附能力的修復(fù)，可以恢復(fù)到原吸附能力的97%。

1.2 對(duì)酚類(lèi)化合物的吸附作用：

（1）竹炭比面積較大，具有很好的吸附性能的主要原因在于竹炭的細(xì)胞壁微孔，可以通過(guò)摻氮氧化鈦溶膠對(duì)竹炭進(jìn)行改性，在竹炭的表面布滿(mǎn)氧化鈦顆粒，可以明顯的提升竹炭的光催化性能；

（2）研究表明，在30℃的情況下，竹炭對(duì)苯酚的吸收速度隨著溶液中苯酚濃度的增多和竹炭顆粒直徑的減小而提升；同時(shí)，活性竹炭在吸收苯酚溶液的過(guò)程中，最主要的速度控制方式為顆粒內(nèi)擴(kuò)散；

（3）在吸附性和抗菌作用方面，載銀活性炭具有很好的性能而得到廣泛的應(yīng)用。它除了對(duì)有機(jī)物和部分的無(wú)機(jī)物具有很好的吸附作用外，還可以很好的防止細(xì)菌的生長(zhǎng)及繁殖。在PH=2.2的環(huán)境下載銀活性炭具有最強(qiáng)的吸附性能，可以吸收水中90%的苯酚化合物；

（4）可通過(guò)堿性溶液浸泡+微波加熱的方法加強(qiáng)竹炭對(duì)苯酚的吸附能力，同時(shí)可以采用微波的方式修復(fù)吸附苯酚后的竹炭，在水中竹炭吸附能力可以恢復(fù)到90%，在堿性溶液中吸附能力可以恢復(fù)到96%。

（5）在工業(yè)廢水中具有大量的硝基苯酚毒性物質(zhì)，其很難進(jìn)行分解，對(duì)環(huán)境造成重大污染?？梢酝ㄟ^(guò)硝酸進(jìn)行竹炭改性，可以提高竹炭的比表面積，增強(qiáng)其吸附能力。改性的竹炭對(duì)硝基苯酚的吸收是吸熱的過(guò)程，隨著溫度的增加其吸收能力增強(qiáng)。

2 竹炭在吸附重金屬離子方面的應(yīng)用

水中的重金屬離子主要包括：貢、鎘、鉛、鉻、砷、銅、鋅等，對(duì)水的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響，進(jìn)而產(chǎn)生對(duì)人體的損害。通過(guò)竹炭可以很好的吸附水中的重金屬離子，保證水體安全。

2.1 對(duì)貢的吸收

水中的汞離子可以危害人身功能基團(tuán)的活性，阻止細(xì)胞的正常新陳代謝，最終會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的壞死，人身健康受到較大損害。研究表明，竹炭對(duì)水中的汞離子具有較強(qiáng)的吸附能力，可以吸附99.5%的汞離子；在PH=3.2—6.2范圍內(nèi)的溶液中竹炭對(duì)汞離子的吸附能力也較強(qiáng)，特別是在PH=5.9的溶液中吸附能力最強(qiáng)。但在較高溫度的溶液中，竹炭對(duì)汞離子的吸附能力較弱。通過(guò)水+微波加熱的方式可以修復(fù)吸附后的竹炭的能力，修復(fù)后吸附能力可以達(dá)到原來(lái)的97%以上。

2.2 對(duì)鎘的吸收

鎘這種元素可以在人體中進(jìn)行長(zhǎng)期的累積，鎘中毒時(shí)患者會(huì)出現(xiàn)神經(jīng)痛、骨痛等現(xiàn)象，在病重后期，患者會(huì)出現(xiàn)骨骼軟化、骨質(zhì)疏松、四肢彎曲、疼痛難忍等現(xiàn)象。研究表明，竹炭可以有效的吸收溶液中的鎘離子，其吸附量是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)成上升趨勢(shì)的，14個(gè)小時(shí)左右達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷的狀態(tài)。不同溫度具有不同的吸附能力，溫度分別為15、25、45℃時(shí)的最大吸附量分別為0.81、1.05、2.01mg/g。在PH=3.0—6.5范圍內(nèi)的溶液中竹炭對(duì)鎘離子的吸附能力也較強(qiáng)，特別是在PH=5.7的溶液中吸附能力最強(qiáng)。通過(guò)水+微波加熱的方式可以修復(fù)吸附后的竹炭的能力，修復(fù)后吸附能力可以達(dá)到原來(lái)的93%以上。

2.3 對(duì)鉛的吸收

在我們的生活中，蓄電池、冶煉、電鍍等內(nèi)容都可能造成鉛污染，鉛污染主要會(huì)造成神經(jīng)性能失調(diào)、腎損傷、貧血癥等癥狀，特別是對(duì)于免疫力較低的群體更是作用明顯。研究發(fā)現(xiàn)，竹炭對(duì)二價(jià)鉛離子具有較強(qiáng)的吸附能力，并且竹炭的顆粒直徑越小，對(duì)鉛離子的吸附能力就越強(qiáng)。竹炭顆粒直徑在0.05mm時(shí)對(duì)鉛離子的吸附能力達(dá)到99.76%。竹炭對(duì)鉛的最佳吸附條件為：溶液PH=6—7，溫度為25℃，吸附維持時(shí)間為4小時(shí)，竹炭的用量為100mg/L。

2.4 對(duì)鉻的吸收

在我們的生活中，金屬加工、電鍍、制革等行業(yè)都可能造成鉻污染，鉻是以三種形態(tài)存在于環(huán)境當(dāng)中的，分別為二價(jià)鉻、三價(jià)鉻、六價(jià)鉻，其中六價(jià)鉻對(duì)人體的危害最大。研究發(fā)現(xiàn)，竹炭對(duì)六價(jià)鉻離子具有較強(qiáng)的吸附能力，并且竹炭的顆粒直徑越小，對(duì)鉻離子的吸附能力就越強(qiáng)，吸附能力達(dá)到90%以上。特別是在酸性環(huán)境下，竹炭對(duì)鉻離子具有更好的吸附作用。

2.4 對(duì)砷的吸收

在我們的生活中，采礦、冶金、農(nóng)藥化肥、皮革等行業(yè)都可能造成砷污染，其中三價(jià)砷是毒性最強(qiáng)的污染物，例如砒霜，學(xué)名為三氧化二砷，具有極強(qiáng)的毒性。研究發(fā)現(xiàn)，竹炭能夠很好的吸收溶液中的三價(jià)砷離子，吸收能力可以達(dá)到75%以上，在PH=3—12.5的溶液中，竹炭都可以很好的吸收砷離子。但初始溶液中，砷離子質(zhì)量濃度越高，竹炭對(duì)其吸收能力越弱，在180分鐘左右可以達(dá)到吸收的飽和。在酸、堿性溶液中的可以達(dá)到最佳能力的溫度分別為30、40℃。

2.5 對(duì)銅吸收

銅在人體中是以微量元素的形式存在的，不可或缺。但在人體中含有過(guò)多的此種元素則會(huì)引起中毒的現(xiàn)象。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)為：濃度為1mg/L的銅離子溶液，用量50ml，其中加入1g的竹炭，對(duì)銅離子的吸收能力達(dá)到了96.49%。研究表明，竹炭的顆粒直徑越小，對(duì)銅離子的吸附能力就越強(qiáng)；初始溶液中，銅離子質(zhì)量濃度越高，竹炭對(duì)其吸收能力越弱；竹炭可以快速的吸收溶液中的銅離子，主要的吸附行為發(fā)生在30分鐘之內(nèi)，2小時(shí)就可以達(dá)到飽和的程度，最好的吸收溫度為30℃，最好的溶液PH=3.8，不同溫度具有不同的吸附能力，溫度分別為15、25、45℃時(shí)的最大吸附量分別為4.13、4.45、4.23mg/g。竹炭對(duì)溶液中的金屬離子吸附能力與活性炭較為接近，是很好的金屬離子吸收劑。

2.5 對(duì)鋅吸收

與銅一樣，鋅也是人體中不可缺少的微量元素，但要保持適當(dāng)?shù)暮浚駝t同樣會(huì)發(fā)生中毒的現(xiàn)象。研究表明，竹炭在PH=3.2—6.2的溶液中對(duì)鋅離子的吸收能力較強(qiáng)，特別是在PH=5.3的溶液中達(dá)到對(duì)鋅離子的最佳吸附性能。竹炭對(duì)鋅離子的吸附過(guò)程是放熱的過(guò)程，即隨著溫度的增高，吸附的能力將降低。通過(guò)水+微波加熱的方式可以修復(fù)吸附后的竹炭的能力，修復(fù)后吸附能力可以達(dá)到原來(lái)的97%以上。

綜上所述，由于竹炭可以很好的吸收水中的汞、鎘、鉛、鉻、砷、銅、鋅等元素，并且通過(guò)一定的技術(shù)處理可以重復(fù)利用，同時(shí)竹炭具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，可以很好的應(yīng)用在污水處理中。

3 結(jié)束語(yǔ)

在污水處理技術(shù)中，降低并消除水中的有害物質(zhì)是首要的也是最重要的任務(wù)。由于竹炭具有成本低、來(lái)源廣泛、強(qiáng)度高、吸收能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)已被人們廣泛重視，可以在功能上很好的替代價(jià)格昂貴的活性炭，在污水處理領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

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作者簡(jiǎn)介：陸大偉，1985年3月生，目前是中級(jí)職稱(chēng)，主要從事市政給排水設(shè)計(jì)。

劉曦，1987 年1月生，目前是助理工程師，主要從事市政給排水工設(shè)計(jì)。