農(nóng)林廢棄物資源化利用及其在重金屬廢水處理中的研究進展

李莎

摘 要：農(nóng)林廢棄物來源廣泛，數(shù)量巨大，如果不經(jīng)任何處理任意堆積或者排放到環(huán)境中去，不僅會造成資源浪費，還會導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞。該文綜述了農(nóng)林類廢棄物的資源化利用技術(shù)及其在去除水體重金屬污染中的研究進展，重點討論了農(nóng)林廢棄物在水體重金屬污染處理中的應(yīng)用研究進展以及去除機理，為農(nóng)林廢棄物的資源化利用和在重金屬污染水體治理中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)林廢棄物 資源化利用 重金屬廢水 吸附機理

中圖分類號：X703 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0128-02

1 農(nóng)林廢棄物的種類

農(nóng)林廢棄物是農(nóng)、林類產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)加工的過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其數(shù)量巨大，種類繁多。該類廢棄物是一種重要的可再生資源，合理開發(fā)利用農(nóng)林廢棄物生物質(zhì)材料，不僅可以提高資源利用率，提升其經(jīng)濟價值，還可以有效減少環(huán)境污染，符合我國現(xiàn)階段環(huán)境保護政策和可持續(xù)發(fā)展理念[1]。農(nóng)林廢棄物主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物、畜牧業(yè)廢棄物、農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物、森林撫育和間伐期廢棄物、木材加工和采運過程廢棄物、林業(yè)產(chǎn)品加工過程廢棄物等[2]。

2 農(nóng)林廢棄物在水體重金屬污染治理中的研究

利用農(nóng)林廢棄物吸附去除重金屬污染水體中的重金屬離子是一種經(jīng)濟、高效的技術(shù)手段。然而多數(shù)天然的農(nóng)林廢棄類生物質(zhì)材料對于重金屬的吸附性能并無法滿足實際應(yīng)用的需要[3]，因此，目前對農(nóng)林廢棄類生物質(zhì)材料的研究多集中于新型生物質(zhì)材料吸附性能的研究、生物質(zhì)材料吸附性能的改性優(yōu)化研究和生物質(zhì)材料的炭化制備研究。

2.1 農(nóng)林廢棄物制備新型生物質(zhì)材料吸附性能的探索研究

有些農(nóng)林廢棄類生物質(zhì)材料近年來已經(jīng)得到了廣泛的研究，但由于其種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，許多材料可能具有更加良好的重金屬吸附性能，但尚未被充分研究。因此，對新型生物質(zhì)材料吸附性能的探索研究將有助于拓寬生物吸附劑來源范圍，提升農(nóng)林廢棄物的利用價值。

近年來，許多學(xué)者關(guān)注于一些新的農(nóng)林類廢棄物材料制備的生物吸附劑上。Hasan S H[4]等對比研究了麥麩、玉米麩和水稻麩對硒離子的吸附能力，結(jié)果表明麥麩對硒離子的吸附效果較另外兩種材料具有明顯優(yōu)勢，其對四價和六價硒離子的吸附容量分別為89.28、80.65 μg·g-1。Ayoub A等[5]利用松木、柳枝稷和百慕大草制備了一種新型的半纖維素——殼聚糖生物吸附劑，對低濃度下的重金屬離子吸附效果較好，在離子濃度為5 mg·L-1，pH值為5的條件下，對Pb2+、Cu2+、Ni2+離子的吸附容量分別為2.90、0.95、1.37 mg·g-1。

2.2 農(nóng)林廢棄物生物質(zhì)材料吸附性能的改性優(yōu)化研究

大部分天然農(nóng)林廢棄類生物質(zhì)材料具有一定的重金屬吸附能力，但是在應(yīng)用過程中天然材料的吸附性能并無法滿足實際需求，因此人們通過對已研究過的材料進行改性處理，達到優(yōu)化其重金屬吸附性能的目的。

Varala S等[6]利用制備卡蘭賈油后的副產(chǎn)物脫脂種子作為生物吸附劑，通過響應(yīng)曲面法研究了其對Zr（IV）離子的吸附性能，150 ℃處理后的吸附劑表面更加光滑，孔隙深度增加，對Zr（IV）離子的吸附容量為38.46 mg·g-1。Song S T等[7]研究了嫁接巰基改性后稻桿與未處理稻桿對Hg2+離子的吸附效果，改性后稻桿表面形態(tài)變得更為不規(guī)則，活性官能團種類增多，未改性和改性后的稻桿對Hg2+離子理論吸附容量分別為103.10、161.30 mg·g-1，改性后材料吸附性能明顯提升。

2.3 農(nóng)林廢棄物生物質(zhì)材料的炭化制備研究

以農(nóng)林廢棄類生物質(zhì)為原料，在高溫下隔絕空氣加熱制備的生物炭相比于原材料，具有更為發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)、更多的表面活性官能團和更加穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，基于農(nóng)林廢棄物成分構(gòu)成，多數(shù)可作為制備生物炭原料。隨著重金屬污染的日益加劇，生物炭作為一種低成本、高效率的重金屬吸附劑，在近年來逐漸成為研究者們重點關(guān)注的對象。

戴靜[8]等利用木屑、米糠、稻桿、玉米秸桿為原料在不同溫度下制備生物炭，其研究表明隨熱解溫度升高生物炭對Pb2+和Cd2+離子的吸附效果越好，其中700 ℃下制備的稻桿生物炭吸附效果最好，對Pb2+和Cd2+離子的吸附容量分別為126.58、60.61 mg·g-1，同時X射線衍射分析表明，重金屬離子在稻桿生物炭的表面主要以碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽和亞硫酸鹽形式存在。謝超然等[9]使用500 ℃限氧裂解法將農(nóng)林廢棄物核桃青皮制成生物炭，該生物炭對Pb2+和Cu2+離子的吸附可在20 min內(nèi)達到平衡，對兩種離子的吸附容量分別為476.19、153.85 mg·g-1，遠高于其他研究中的吸附量。

3 結(jié)語

將農(nóng)林類廢棄物作為生物質(zhì)材料資源應(yīng)用于環(huán)保和能源等領(lǐng)域，不但具有來源廣泛、價格低廉等優(yōu)勢，同時大規(guī)模應(yīng)用還可減少農(nóng)林廢棄物對環(huán)境的不良影響，提升經(jīng)濟效益，起到“以廢治廢”的效果。但農(nóng)林廢棄物的資源化利用在實際應(yīng)用中還存在一些需要克服的問題，如：篩選廉價、高效、易得的材料，拓寬可資源化利用材料來源范圍，提升其商業(yè)價值和實用性；深入研究農(nóng)林類生物質(zhì)材料資源化利用機理，建立完善的理論體系，指導(dǎo)農(nóng)林廢棄物材料在不同領(lǐng)域的合理應(yīng)用；研究包括物理、化學(xué)、生物等處理工藝的綜合利用，進一步開發(fā)農(nóng)林廢棄物材料的應(yīng)用范圍。

參考文獻

[1] 吳義強，李新功，左迎峰，等.農(nóng)林剩余物無機人造板研究進展[J].林業(yè)科技開發(fā)，2016，1（1）：8-15.

[2] 王棟，朱曉冬，劉冰，等.人造板飾面用稻草秸稈漂白工藝優(yōu)化[J].林業(yè)科技開發(fā)，2013，27（2）：84-87.

[3] 吳纓，汪洋，李焱，等.農(nóng)林廢棄物吸附去除水中重金屬的研究進展[J].安徽大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2016， 40（3）：95-108.endprint

[4] Hasan S H，Ranjan D.Agro-Industrial Waste： A Low-Cost Option for the Biosorptive Remediation of Selenium Anions[J].Industrial & Engineering Chemistry Research，2010，49（19）：8927-8934.

[5] Ayoub A，Venditti R A，Pawlak J J，et al.Novel Hemicellulose–Chitosan Biosorbent for Water Desalination and Heavy Metal Removal[J].Acs Sustainable Chemistry & Engineering，2013，1（9）：1102-1109.

[6] Varala S，Dharanija B，Satyavathi B，et al.New biosorbent based on deoiled karanja seed cake in biosorption studies of Zr（IV）：Optimization using Box-Behnken method in response surface methodology with desirability approach[J].Chemical Engineering Journal，2016（302）：786-800.

[7] Santos C M，Dweck J，Viotto R S，et al.Application of Orange Peel Waste in the Production of Solid Biofuels and Biosorbents[J]. Bioresource Technology，2015（196）：469-479.

[8] 戴靜，劉陽生.四種原料熱解產(chǎn)生的生物炭對Pb2+和Cd2+的吸附特性研究[J].北京大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版， 2013，49（6）：1075-1082.

[9] 謝超然，王兆煒，朱俊民，等.核桃青皮生物炭對重金屬鉛、銅的吸附特性研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016， 36（4）：1190-1198.endprint