泥炭吸附处理废水中重金属离子的研究_吴耀国

泥炭吸附处理废水中重金属离子的研究吴耀国王秋华孙伟民聂国庆张悦周(西北工业大学,西安710072)摘要综述了天然泥炭及改性泥炭在重金属离子废水处理中的研究成果与应用情况,结合水环境科学及工程应用的发展趋势及要求,提出了泥炭吸附技术在处理重金属离子废水中需进一步深入研究的问题,旨在为相关研究及应用提供借鉴。关键词天然泥炭改性泥炭重金属离子废水吸附文章编号:1005-9598(2007)-01-0047-04中图分类号:X703文献标识码:A收稿日期:2006-11-13作者简介:吴耀国(1967－),男,1999年毕业于中国地质大学(北京)环境工程专业,博士,现主要从事水污染的环境化学与防治研究及教学工作。含砷﹑镉﹑铬及铜等重金属离子的废水处理是一个比较棘手的问题。尽管目前处理含重金属离子废水的方法很多,如化学沉淀法及离子交换树脂法等,但都存在操作繁琐﹑具有二次污染等问题,尤其是当重金属离子浓度较低时,往往由于操作费用和原材料成本相对过高而难以投入实际应用。为改善上述方法的不足,人们寻找能够与不同金属离子具有非常好的亲和力﹑吸附容量和选择性的材料,而泥炭中含有羟基、羰基、醌基、甲氧基等具有吸附功能的活性基团,是一种良好的天然有机离子交换剂,具有很好的吸附性能。本文综述了国内外关于泥炭在重金属离子废水处理中的应用研究进展,旨在为相关方面的研究及应用提供有益的借鉴。1天然泥炭在重金属离子废水处理中的应用研究天然泥炭不需经任何预处理就能用于吸附去除水中的重金属离子,并已取得良好的效果。唐志华研究了采自陕西勉县秦岭南坡山区的泥炭对废水中铅离子的吸附及去除情况,发现不同浓度的含铅溶液被泥炭吸附的程度不同,铅离子浓度越大,吸附量越大,而除铅率越低,表观吸附量增加;升高废水的温度利于铅的吸附并提高其去除率,总体除铅率都大于90%。姚冬梅等考察了某天然泥炭对多种金属共存的Pb2+、Cu2+、Ni2+废水中的金属离子吸附与去除情况,发现同种泥炭对不同金属的吸附量不同,当吸附剂质量浓度为2g/L时,泥炭对Pb2+、Cu2+、Ni2+的吸附率分别达到97.78%、65.76%、83.02%;同时,提高溶液的pH值,有利于对3种重金属离子的吸附。邵志国等研究泥炭对汞的吸附规律发现,尽管来自三江平原及吉林双阳的泥炭对汞的吸附都同时符合Langmuir与Freundlich吸附模式,但两者对汞的吸附量不同(三江泥炭大于双阳泥炭),两者对汞具有高的吸附能力,可以直接用于处理含汞废水。Pinchas等研究发现,某泥炭对废水中的Cd2+具有较高去除率,吸附量可达300g/kg。姚冬梅等采用新宾产深褐色粉状泥炭处理Ni2+发现,吸附剂在pH值为6、质量浓度为1g／L、吸附时间为120min时,对Ni2+的吸附效果最好,吸附率达80%。Lyons等研究发现,Irish泥炭对垃圾渗滤液中高浓度的多种重金属离子去除率也可以达到53%~86%。实际上,天然泥炭已经成功地运用于实际工程中。在美国,有25处酸性矿山废水是基于天然泥炭吸附作用处理的;在匈牙利,天然泥炭也成功地运用于城市生活污水和工业废水中重金属离子与有机物的去除,并取得了相当好的效果。我国也有学者申请了“一种用泥炭作吸附剂处理重金属工业废水的方法”的专利技术。研究与实践发现,尽管天然泥炭对重金属离子具有比较高的去除效果,但天然泥炭机械强度较低,对水的亲和能力强,化学稳定性较低,较容易收缩与膨胀,既对吸附效果有一定的影响,还可能影响吸附剂—47—第1期(总第128期)2007年2月煤化工CoalChemicalIndustryNo.1(TotalNo.128)Feb.20072007年第1期煤化工与废水的分离。2改性泥炭在重金属离子废水处理中的应用研究为解决天然泥炭使用中的不足及相关问题,更大程度地提高其对重金属离子的吸附能力,许多研究者研究寻找一定的技术措施改进泥炭的相关性质。这些经过一定工序再加工后的泥炭,称为改性泥炭。最常用的改性方法主要有热处理与化学处理等。Dobut等报道,经过热处理后,泥炭的机械强度可明显提高,使泥炭滤床在使用过程中不易堵塞。Pinchas等用酸(1mol/LHCl)浸泡和碱用(1mol/LNaOH)处理泥炭发现,前者使泥炭对Cd2+吸附量略有降低,后者可以显著提高泥炭对Cd2+的吸附量,由处理前的300g/kg提高为400g/kg。Azab等发现,用碱对泥炭进行改性后,其吸附容量也有一定提高。Nichols等使用酸对泥炭进行改性,使泥炭增加磺酸基和羰基后,不但泥炭的机械强度提高,而且泥炭的吸附容量也得到提高。Smith等发现,用酸对泥炭进行改性后,其对Cd2+和Cr3+的吸附量增大。马尔等描述了芦苇-莎草和苔鲜沼泽泥炭在用于吸附溶液中的铜之前,除掉沥青并用硫酸处理,发现经酸处理后泥炭