寧夏南部山區(qū)苦咸水的凈化研究

蔡 超，劉聰穎

(1 寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2 銀川能源學(xué)院石油化工學(xué)院，寧夏 銀川 750100)

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寧夏南部山區(qū)苦咸水的凈化研究

蔡 超1，劉聰穎2

(1 寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2 銀川能源學(xué)院石油化工學(xué)院，寧夏 銀川 750100)

針對寧夏南部山區(qū)部分居民仍在飲用苦咸水這一現(xiàn)狀，將當(dāng)?shù)貜V泛種植的蕎麥取其殼經(jīng)簡單處理后用作吸附劑對苦咸水進(jìn)行凈化處理，研究蕎麥殼改性前后對水中Hg2+離子、Cr6+離子及溶解性總固體的吸附特性。結(jié)果表明，用NaH2PO4改性的蕎麥殼具有較好的吸附效果，不僅吸附速度快，而且對Hg2+離子、Cr6+離子的吸附率分別可達(dá)81%和76%，凈化后水質(zhì)達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)。這一研究為蕎麥殼的資源化利用探索了新的途徑。

苦咸水；凈化；蕎麥殼；吸附

寧夏南部山區(qū)丘陵、山地相伴而生，該地區(qū)約70萬居民多年來依靠開挖水井和修筑澇壩、收集雨雪水和河冰作為人畜飲用水源[1]。近十年來受降雨量持續(xù)減少影響，而較高的大氣溫度又使蒸發(fā)量加大，生活用水極為困難。因受含鹽地層影響，地下水水質(zhì)鹽分含量極高，口感苦澀，俗稱苦咸水，其溶解性總固體>1000 mg/L。因水中重金屬離子中毒引發(fā)的腎炎、腎病綜合征、消化道潰瘍﹑消化功能紊亂、氟骨癥、氟斑牙等其他一些地方病發(fā)病率較高[2]。苦咸水用于農(nóng)業(yè)灌溉，會使土壤的顆粒結(jié)構(gòu)變壞，影響土壤的透氣性、保水性能。

吸附法被認(rèn)為是一種有效去除水中低濃度有毒有害物質(zhì)的好方法，它具有操作簡單經(jīng)濟(jì)有效，對去除物質(zhì)毒性不敏感等優(yōu)點(diǎn)[3]。樹脂吸附法對各種離子幾乎都能除去，一般可除去水中含鹽量的99%以上，當(dāng)然也包括對人體有益的金屬離子。天然礦石吸附法因礦石受水的侵蝕時(shí)間長，強(qiáng)度降低，磨損率、破損率高，使用周期短，機(jī)械強(qiáng)度差，嚴(yán)重影響濾速。市售的超濾凈水機(jī)，因需連接到自來水管上使用；若用超濾凈化水機(jī)處理井水，需安裝自吸泵，不僅增加耗電量，而且井水中的雜質(zhì)極易堵塞超濾凈水機(jī)內(nèi)的過濾膜。

寧夏南部山區(qū)廣泛種植蕎麥，約占糧食作物面積的14%[4]。脫殼后的蕎麥殼多用于制枕頭芯、飼料或基肥、焚燒。蕎麥殼里有纖維素、木質(zhì)素等，故有研究者由蕎麥殼制草酸、氰乙基纖維素，或從中提取膳食纖維、天然色素。

表1 蕎麥殼的基本成分

纖維素里的D-葡萄糖基以β-1,4-苷鍵連接形成纖維狀多毛細(xì)管立體規(guī)整性高分子聚合物，具有多孔和比表面積大的特性[5]；木質(zhì)素里的苯丙烷通過醚鍵和碳碳鍵形成具有復(fù)雜三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的天然酚類聚合物，何新建等[6]的研究表明木質(zhì)素及其衍生物對重金屬離子有較好的吸附性能。纖維素和木質(zhì)素這樣的結(jié)構(gòu)決定了其會對溶液中的金屬離子有吸附作用。黨艷等[7]的研究表明蕎麥皮生物吸附能有效地去除水中的羅丹明B。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

蕎麥殼產(chǎn)自寧夏同心縣；酒石酸鉀鈉；納氏試劑；溴酸鉀—溴化鉀液；鹽酸羥胺；汞標(biāo)準(zhǔn)儲備、使用液；二苯碳酰二肼溶液；鉻標(biāo)準(zhǔn)儲備、使用液；無水碳酸鈉粉末。濾膜及配套濾器；電導(dǎo)率儀；蒸發(fā)皿；烘箱，原子熒光光度計(jì)；分光光度計(jì)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 水質(zhì)分析

水質(zhì)采用國標(biāo)GB5749進(jìn)行分析。

1.2.2 蕎麥殼的吸附特性測定

蕎麥殼經(jīng)精選-洗滌-晾曬-粉碎等簡單預(yù)處理后，稱取一定量浸泡在苦咸水中，待一定時(shí)間充分吸附后過濾，對比吸附前后水質(zhì)。

1.2.3 蕎麥殼的改性

蕎麥殼用0.2 mol/L的NaH2PO4浸泡蕎麥殼24 h，然后過濾、洗滌、干燥。

1.2.4 改性蕎麥殼飽和吸附量的測定

(1)靜態(tài)吸附法

稱取0.5 g分析純硝酸汞和3 g分析純重鉻酸鉀，置于250 mL燒杯中加水溶解，定量轉(zhuǎn)移到1000 mL容量瓶中，稀至刻度搖勻。此時(shí)混合液中Hg2+濃度為308.9671 mg/L，Cr6+為530.2494 mg/L，此濃度遠(yuǎn)大于苦咸水中濃度。

稱取100 g改性蕎麥殼于500 mL干燥具塞磨口三角瓶中，加入已知濃度的Hg2+、Cr6+混合液500 mL，振蕩30 min，靜置24 h后，吸取上清液進(jìn)行濃度測定，吸附前后濃度的差值與混合液體積的乘積即為改性蕎麥殼靜態(tài)飽和吸附量。

(2)動態(tài)吸附法

配制Hg2+濃度為308.9671 mg/L、Cr6+為530.2494 mg/L的混合液2 L，用改性蕎麥殼吸附裝置處理，收集最后出水并分析其濃度。吸附前后濃度的差值與體積的乘積即為改性蕎麥殼動態(tài)飽和吸附量。

2 結(jié)果與討論

2.1 水樣成分分析

國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)規(guī)定飲用水應(yīng)該滿足106項(xiàng)指標(biāo)，其中常規(guī)指標(biāo)42項(xiàng)，非常規(guī)指標(biāo)64項(xiàng)。根據(jù)寧夏南部山區(qū)同心縣的地質(zhì)地貌，確定分析項(xiàng)目為常規(guī)指標(biāo)和非常規(guī)指標(biāo)中的9項(xiàng)。在同心縣某村鎮(zhèn)采集的水樣經(jīng)分析，結(jié)果見表2。

表2 水樣分析結(jié)果

檢出結(jié)果經(jīng)與國家指標(biāo)限值對比，發(fā)現(xiàn)水樣1、水樣2的Hg2+、Cr6+和溶解性總固體超標(biāo)，這就是導(dǎo)致直接飲用口感苦澀的原因。由此確定了凈化需去除的雜質(zhì)對象：Hg2+、Cr6+和溶解性總固體。

2.2 蕎麥殼吸附特性分析

蕎麥殼改性前后吸附效果比較見表3。

表3 凈化水分析結(jié)果

未改性蕎麥殼能較好地去除Cr6+和溶解性總固體，但未能將Hg2+濃度控制在國標(biāo)內(nèi)。改性蕎麥殼有效去除Hg2+、Cr6+和溶解性總固體，各項(xiàng)指標(biāo)均低于國標(biāo)限值，凈化水水質(zhì)符合國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。對Hg2+和Cr6+的吸附率分別達(dá)81%和76%。

2.3 改性蕎麥殼飽和吸附量的測定

2.3.1 靜態(tài)吸附法

對改性蕎麥殼飽和吸附量進(jìn)行測定，經(jīng)計(jì)算得：qHg=10.83 mg/100 g，qCr=245.118 mg/100 g。

2.3.2 動態(tài)吸附法

對改性蕎麥殼飽和吸附量進(jìn)行測定，經(jīng)計(jì)算得：qHg=10.54 mg/100 g，qCr=241.453 mg/100 g。

改性蕎麥殼吸附劑表面的羥基、甲氧基、羰基和羧基等各種官能團(tuán)總數(shù)，相對于苦咸水中含量極低的Hg2+和Cr6+來講，吸附位置是過量的，所以無論是靜態(tài)吸附還是動態(tài)吸附，官能團(tuán)都可以迅速地與Hg2+和Cr6+發(fā)生吸附作用。

3 結(jié) 論

本研究利用蕎麥加工的副產(chǎn)物蕎麥殼為原料，通過化學(xué)改性后將其作為吸附劑，用于處理寧夏南部山區(qū)苦咸水，它有著傳統(tǒng)方法不可替代的優(yōu)勢：①成本低、操作簡單價(jià)；②吸附能力強(qiáng)、吸附量大。這一研究可為解決山區(qū)苦咸水飲用提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)，為蕎麥殼的資源化利用探索了新的途徑。

[1] 史宏安. 寧夏地表水水化學(xué)特征的分布與評價(jià)[J]. 人民黃河,1993(10):4-6.

[2] 李小妹,嚴(yán)平,郭金蕊,等. 寧夏東南部清水河苦水河流域苦咸水水質(zhì)綜合評價(jià)[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2014，28(2):136-142.

[3] 王小芳,呂金順,楊安仁. PDF對Hg2+、Pb2+、Cd2+的吸附機(jī)理及動力學(xué)研究[J].西南科技大學(xué)學(xué)報(bào),2003,18(4):51-55.

[4] 賀維蘭. 固原市原州區(qū)推廣蕎麥種植的可行性分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011(24)：128.

[5] 尹小紅,常建華,徐家業(yè). 纖維素強(qiáng)陰離子交換劑對Cr(Ⅵ)的吸附性能[J]，西安石油學(xué)院學(xué)報(bào),2003,18(1):33-37.

[6] 何新建,謝建軍,李晟,等. 木質(zhì)素及其衍生物對重金屬離子吸附性能研究進(jìn)展[J].廣東化工,2009,36(10):81-84.

[7] 黨艷,羅倩,李克斌,等. 蕎麥皮生物吸附去除水中羅丹明B的吸附條件響應(yīng)面法及熱力學(xué)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011,31(12):2601-2607.

Purification of Brackish Waters in South Mountain Area in Ningxia

CAIChao1,LIUCong-ying2

(1 College of Chemistry and Chemical Engineering，Ningxia University，Ningxia Yinchuan 750021;2 Institute of Petrochemical Technology, Yinchuan Energy Institute, Ningxia Yinchuan 750100, China)

At present, some residents in south mountain area in Ningxia still drink brackish water. The buckwheat shell was used as adsorbent in brackish water purification. It was chemically modified by using NaH2PO4, compared with the raw buckwheat shell,increased its Hg2+and Cr6+absorption.The buckwheat shell was able to remove 81% and 76% of Hg2+and Cr6+.The buckwheat shell is a potential high efficient material for removal of brackish water. A new way of buckwheat shell utilization was explored.

brackish water; purification; buckwheat shell; adsorption

蔡超(1970-)，女，副教授，主要從事水處理研究。

O69

B

1001-9677(2016)020-0067-03