吸附法處理重金屬廢水污染的研究進展

邵德毅

(棗莊市第八中學，山東 棗莊 277000)

重金屬通常指密度大于5.0 g/cm3的非放射性元素金屬，所有重金屬超過一定濃度接觸人體都有害，尤其是鉛、鎘、汞、鉻、砷這五種元素即便是長期低水平接觸都會產(chǎn)生痛痛病、烏腳病及水俁病等嚴重的重金屬疾病。但是支撐社會發(fā)展的化工、農(nóng)藥，冶金等行業(yè)在現(xiàn)階段依然會不可避免的產(chǎn)生重金屬廢水，如果不能有效處理，就會造成對環(huán)境介質(zhì)的污染。在眾多廢水處理方法中吸附法由于操作簡單、凈化作用明顯、成本低，是最容易普及和實施的一種水處理技術(shù)，有非常大的應(yīng)用前景。

“十二五”期間，我國實施了《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》，并超額完成重點區(qū)域重點重金屬污染物排放總量比2007年減少15%的目標。近期國家生態(tài)環(huán)境部進一步印發(fā)了《關(guān)于加強涉重金屬行業(yè)污染防控的意見》，加強各行業(yè)對重金屬廢水處理的監(jiān)控，同時也呼吁人們大力開展重金屬污染治理技術(shù)的研究工作。本文通過介紹吸附法處理多種重要重金屬離子的研究現(xiàn)狀，以期為此后相關(guān)的研究提供參考。

1 處理含鉛廢水

鉛在環(huán)境中很難降解，且對人體具有很強的毒性。即便在很低的濃度下鉛的存在也會影響大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致頭痛、死亡等中毒反應(yīng)，尤其是兒童發(fā)生鉛中毒的概率是成人的30倍以上。

林蕊等[1]嘗試將納米 Fe3O4粒子與氣單胞菌進行負載，在保持Fe3O4優(yōu)良的磁響應(yīng)性、生物相容性的基礎(chǔ)上解決其表面配位不足等問題，得到具有更高去除效率的新型吸附劑，在30 mg/L鉛離子濃度下，投加0.5 g/L的吸附劑，保持溶液pH值=4的條件下反應(yīng)60 min，可使得對鉛離子的吸附效率達到89.93%。

王科杰等[2]采用D201樹脂吸附處理鞣酸鉛廢水，對其中鉛離子的處理效率達到98.2%。伊元榮等[3]研究了粉煤灰對含鉛廢水的吸附作用，通過實驗分析得出，吸附時間為90 min，溫度為50 ℃，pH值=6，投灰量為5 g，鉛離子濃度為30 mg/L時吸附效果最好可達到98.5%～99.0%。吳意育等[4]以花生殼為造孔劑，結(jié)合陶瓷廢料制得的多孔陶瓷對廢水中的鉛離子具有一定的吸附作用，實驗表明當花生殼添加量為10%，廢陶∶廢瓷質(zhì)量比為5∶5，在900 ℃下燒結(jié)，制得粒徑為40～80目的多孔陶瓷，對廢水中鉛離子的去除率達到99.35%。

2 處理含鎘廢水

鎘化合物通常通過呼吸道進入并積存在人體中，對腎臟容易造成嚴重的損害，同時還會造成骨質(zhì)軟化，疏松。

馬俊英等[5]采用鹽酸對膨潤土進行活化改性制得酸改性膨潤土，并研究了其對廢水中鎘離子的吸附性能。實驗結(jié)果表明，經(jīng)過鹽酸改性后的膨潤土對鎘離子的吸附作用提升了14%，當pH值=8，鎘離子含量為20 mg/L，反應(yīng)時間為30 min時，吸附效率為89.06%。李振等[6]研究了氫氧化鎂改性硅藻土作為吸附劑對鎘離子的吸附作用，研究表明在25 ℃，pH值=6，底物濃度為100 mg/L，吸附劑用量為0.1g，吸附時間為2 h時，經(jīng)氫氧化鎂改性后的硅藻土對鎘離子的吸附率達到了90.2%，比原土提高了78.3%，具有十分優(yōu)異的吸附效果。

陳春林[7]研究了脫灰煤基活性炭對含鎘廢水的吸附作用，結(jié)果表明當活性炭用量為0.2 g，pH值=5.5，平均吸附時間為3 d時，脫灰煤基活性炭可以有效降低廢水中鎘離子濃度，溫度越高，吸附能力越強，廢水濃度越高，吸附能力越強，具有一定的實用價值。

陳波利[8]用紅背桂葉提取的納米氧化鐵來處理含鎘廢水，發(fā)現(xiàn)在300 ℃下處理的納米氧化鐵吸附性最好，對鎘離子最大吸附量達到15.18 mg/g，最佳吸附條件為pH值=8.07，投加量為2.5 g/L，溫度為45 ℃，離子濃度為0.07 mol/L，在此條件下對鎘離子的去除率高達98.5%。此種方法綠色無污染，且離子去除率高，具有很高的實用價值。

仇歡等[9]研究了不同鈉基、鈣基、高膠質(zhì)鈣基膨潤土對含鎘廢水的吸附性能，并對吸附結(jié)果進行了準二級動力學的擬合，研究結(jié)果表明在綜合考慮吸附劑用量、吸附時間，吸附效率的前提下，鈣基膨潤土對含鎘廢水具有最佳的吸附效果，最佳吸附條件為吸附劑用量2 g/L，吸附時間30 min，對于鎘離子的吸附效率為92.03%，擬合結(jié)果表明膨潤土對鎘離子的吸附過程以化學吸附為主。

3 處理含汞廢水

汞在人體內(nèi)積累容易破壞中樞神經(jīng)系統(tǒng)，造成水俁病。

謝子楠等[10]以電解錳渣、造孔劑碳粉、粘結(jié)劑高嶺土為原料，通過預(yù)處理混料結(jié)合焙燒的方法制得多孔材料，并將其用于對廢水中汞離子的吸附處理，實驗結(jié)果表明燒結(jié)溫度為1020 ℃，保溫時間60 min，造孔劑碳粉用量在20%制得的錳渣多孔材料對汞離子吸附性能最好，達到了56.6%。

李彥等[11]將蒙脫土與碳酸鈉、硫化鈉混合后烘干，制備了蒙脫土基復(fù)合除汞劑，研究表明蒙脫土吸附硫離子后可以形成新型穩(wěn)定的蒙脫土基復(fù)合除汞劑，當水中汞離子濃度低于600 mg/L時，復(fù)合除汞劑可以有效的將汞離子降到0.05 mg/L以下。

付住枝等[12]人申請了一種含汞廢水的高效處理方法，將苯二胺、半胱氨酸，在過硫酸銨引發(fā)劑的作用下制得聚合物量子點，采用殼聚糖的醋酸溶液加入聚乙二醇，得殼聚糖凝膠，然后將聚合物量子點、殼聚糖溶膠、活性污泥、三乙胺、乙二醛及四氧化三鐵按一定工藝制備成復(fù)合吸附劑，該吸附劑對含汞質(zhì)量濃度小于等于0.2 mg/L的廢水進行處理后，脫汞率高達99.9%。該復(fù)合吸附劑成本低，無毒，對環(huán)境友好，具有很高的應(yīng)用價值。

4 處理含鉻廢水

人體接觸鉻化合物會造成皮膚潰瘍、鼻炎、肝功能衰竭等病變，嚴重時會導(dǎo)致死亡。

呂喜鳳等[13]采用高錳酸鉀溶液對農(nóng)業(yè)廢棄棉稈進行改性，并將其用于含鉻廢水的吸附處理，結(jié)果表明，將棉稈至于濃度為0.015 mol/L高錳酸鉀溶液中改性4 h后，當廢液pH值=1，棉稈用量為0.3 g，吸附溫度為45 ℃，吸附時間為60 min時，廢水中鉻離子的去除率可達99.9%，較未改性的棉稈提高了26.3%，這種處理方法操作簡單，適用于低濃度廢水的處理。

徐潔等[14]將粉煤灰與C3N4混合后研磨處理，結(jié)合粉煤灰多孔易吸附和C3N4具有光催化的優(yōu)勢，得到二者的復(fù)合材料，有效提高了粉煤灰對鉻離子的吸附能力。結(jié)果表明當采用粉煤灰：C3N4配比為95∶5的復(fù)合材料，在投加量40 g/L，pH值=2，吸附時間為40 min的條件下，鉻離子的去除率可達89.2%，相比單一的粉煤灰去除率提高了3.1%。

付宏淵等[15]以柚子皮為主要原料，通過調(diào)節(jié)柚子皮粉與氯化鐵的質(zhì)量比進行改性，將兩者混合后烘干，用于吸附廢水中的Cr6+，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)改性后的柚子皮對水中鉻離子的吸附效率由純柚子皮的36.1%提高到了94.45%，使廢水達到GB8978-2002中的污水排放標準。

李喜林等[16]以粉煤灰為原料，利用堿熔-水熱法合成了沸石并以此作為吸附劑對含鉻廢水進行了吸附試驗及相關(guān)機理研究。實驗結(jié)果表明，粉煤灰合成的沸石對初始質(zhì)量濃度100 mg/L，pH值=9.07的含Cr3+廢水，在投加量為15 g，pH值=6～10，吸附時間為60 min時，處理效果最佳，去除率可達99.62%。

5 處理含砷廢水

單質(zhì)砷無毒性，但是砷的化合物均具有毒性。并且砷化合物對于皮膚，神經(jīng)系統(tǒng)，心血管系統(tǒng)，呼吸系統(tǒng)，生殖系統(tǒng)，血液系統(tǒng)都具有嚴重的破環(huán)作用，導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。

活性炭化學性質(zhì)穩(wěn)定，孔隙結(jié)構(gòu)豐富，比表面積大，并且在孔隙表面還含有大量的羧基、羥基官能團，因此對于砷離子具有很好的吸附作用，曹秉帝等[17]將活性炭浸泡在氯化鐵溶液中經(jīng)過濾低溫干燥后得到改性后的活性炭，發(fā)現(xiàn)鐵的改性可以顯著提高活性炭的脫砷效果，采用濃度為0.1 mol/L的氯化鐵改性的活性炭材料在pH值=7時，對砷的吸附容量達到5.12 mg/g。

鐘松雄等[18]采用冷凍干燥法制備了水鐵礦、針鐵礦和赤鐵礦三種材料，并研究了3種鐵礦物對土壤溶液砷濃度的影響，結(jié)果表明三種礦物均可以有效降低土壤溶液中砷的濃度，當添加量為2%時，砷濃度分別降低了62.55%、61.36%和55.16%。

二氧化鈦具有比表面積大，活性高，穩(wěn)定性好的特點，不僅可以作為吸附劑，同時作為光學催化劑在光照和溶解氧的作用下還可以將三價砷氧化成五價砷，王文凱等[19]提出了用二氧化鈦顆粒填充濾柱對酸性廢水中的高濃度砷進行吸附去除，結(jié)果顯示，經(jīng)過3個連續(xù)串聯(lián)的二氧化鈦濾柱后，原水中高達2.5 g/L的三價砷可降至國家工業(yè)廢水排放標準(<0.5 mg/L)以下，而使用后的二氧化鈦顆?？梢杂昧蛩岷蜌溲趸c進行反洗再生，經(jīng)再生后的顆粒可以實現(xiàn)對砷的再吸附，因此可以重復(fù)利用，同時還能實現(xiàn)砷的回收，在保護環(huán)境的同時還可以產(chǎn)生經(jīng)濟效益。

鄧瓊鴿等[20]采用鐵粉和活性炭為原料，加入一定量的粘合劑制備出鐵炭復(fù)合材料，并采用二氧化鈰對其進行摻雜改性，發(fā)現(xiàn)在鐵炭質(zhì)量比1∶1，二氧化鈰摻雜量在3%，燒結(jié)溫度在600 ℃時制得的稀土摻雜鐵炭復(fù)合材料對于三價砷濃度為10 mg/L的廢水除砷率高達93.39%。經(jīng)過動力學計算表明，這種材料對于砷的吸附出了表面吸附作用外，還結(jié)合有顆粒內(nèi)擴散或者外部液膜擴散等其他吸附方式。

6 總結(jié)

近幾年在吸附法處理重金屬廢水方面取得了很多進展，除了采用傳統(tǒng)的沸石、活性炭、錳鐵礦、黏土礦物等天然吸附材料之外，還出現(xiàn)了很多基于這些天然吸附材料改性的材料，甚至還有很多人工合成材料，這些新材料和新工藝大大提高了廢水中重金屬元素的吸附率，經(jīng)處理后的廢水也基本都能達到國家排放標準，我們有理由相信在國家各部委的指導(dǎo)下，結(jié)合吸附法處理重金屬廢水的優(yōu)勢和近年來的快速發(fā)展，重金屬廢水處理一定會在不久的將來深入人心并落實到每一個企業(yè)和單位，還地球一個美好的綠水藍天！