吸附法处理含铅废水技术进展

吸附法处理含铅废水技术进展

陈剑

陈剑陕西有色金属矿山公司721707

摘要本文主要对吸附法处理含铅废水的研究做了评述，认为要彻底地治理含铅废水造成的污染，清洁生产和综合利用是发展的趋势。

关键词铅废水吸附离子交换

随着社会的发展，大量未经处理的重金属废水直接排入天然水体，造成了巨大的危害。其中重金属铅的污染事故更为突出，铅离子和可溶性铅盐都是有毒的，能对人体健康和植物生长造成危害。它可毒害人的神经和造血系统，引起痉挛、神经迟钝及贫血等，尤其是影响儿童的发育[1]。水体中含铅废水的来源主要是电镀、冶炼、铸造、农药、财会、染料、石油、电池、印刷等行业排放的工业废水以及空气中含铅颗粒物在水体中的沉降。含铅废水的处理方法主要有化学沉淀法、离子交换法、电解法、吸附法、生物法、膜分离法等，本文就吸附法的研究成果作以论述。

吸附法是污水处理的一种常用方法，根据吸附材料的不同可大致分为三种类型，即物理吸附、离子交换和生物吸附。

1．物理吸附

物理吸附主要是利用某些天然物质如粉煤灰、陶粒等具有较大比表面积、高的孔隙率及较强的极性等对水中铅离子进行吸附。这种处理方式成本较低。陈红燕等[2]用城市污泥-膨润土颗粒吸附剂吸附含铅废水。结果表明在温度为25℃左右，pH=4，Pb2+初始浓度为30mg/L、吸附剂用量为10g/L、吸附时间为30min条件下，吸附剂对废水中的Pb2+的去除效率可达92.55%。陈文珊等[3]利用废陶瓷对含铅废水进行处理，试验证明，掺杂40%瓷土和一定比例淀粉的废陶瓷粉，在800℃下煅烧成型的多孔陶瓷对铅离子有一定的吸附能力，铅去除率达49.2%。刘鲱等[4]利用粉煤灰-膨润土颗粒吸附含铅废水，在温度25℃、pH值为5、Pb2+初始浓度为40mg/L、吸附剂用量为2g/L、吸附时间为1h条件下通过振荡吸附实验，，吸附剂对废水中Pb2+的去除率可达95.27%。赵靓洁等[5]利用高炉渣去除水中的铅，实验结果表明，高炉渣吸附铅的平衡时间约为120min;吸附反应为一个自发放热过程。认为高炉渣内的Si-O-Si是主要吸附位点，参与反应的主要是炉渣内的硅氧键。

2．离子交换法

离子交换法是利用离子交换剂分离废水中有害物质的方法。应用的离子交换剂有离子交换树脂、沸石等。天然沸石是一族含水铝硅酸盐矿物，其主要化学成分是SiO2，其次是Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Na2O等。天然沸石晶体具有四面体骨架，其中构成沸石晶体的基本结构单元是硅氧(SiO2)和铝氧(Al2O3)四面体。这些硅、铝氧四面体通过处于顶点的氧互相连接起来，由于铝原子是三价，使铝氧四面体带有一个负电荷。为保持电中性，在铝(硅)氧四面体附近必须有一个带正电荷的金属阳离子。由于沸石的独特的结构特点，使其适合吸附金属阳离子[1]。卓猛等[6]利用自制HY沸石-ZrSiO4吸附剂颗粒。把这种吸附材料用于废水中Pb2+处理。结果表明，吸附处理废水中铅离子的最佳条件是：吸附剂用量32g/L，温度30℃，pH=5～6，吸附1h，此时，吸附量达到最大值为96.87µg/g;脱附实验为在温度15℃，pH=12的条件下，震荡15min，脱附效率可达88.7%。与单一的天然沸石比，该吸附剂对Pb2+离子的吸附能力强，成本低，并且可以反复使用。赵庆良等[7]利用沸石吸附含铅废水，结果表明，当废水中ρ(Pb)为10mg/L，pH>4.62，吸附剂投加量为5g/L，25℃处理30min时，沸石对铅的去除率可达到90%以上。

离子交换树脂是一类人工合成的带有离子交换基团的高分子聚合物，不溶于水和其它溶剂，当它与溶液接触时，溶液中的离子便可与树脂上的离子，发生离子交换作用。离子交换树脂，是当前离子交换剂中最重要，应用范围最广泛的一种。王菲等[8]通过静态和动态吸附实验，研究了Pb2+在D418树脂上的吸附行为，从热力学和动力学方面对吸附过程进行了分析。结果表明，在所研究的条件范围内，Pb2+在D418树脂上的吸附是吸热过程，液膜扩散为Pb2+在D418树脂上吸附速率的主要控制步骤，随着溶液初始浓度的增大，吸附速率逐渐减小;313K温度下树脂的静态饱和吸附容量为375mg/g，在298K下用3mol/L的硝酸作为解吸剂，解吸率可达97%。

3．生物吸附法

生物体借助化学作用吸附金属离子称为生物吸附。该方法的处理原理是利用微生物分离水体系中的金属离子过程。凡具有从溶液中分离金属能力的生物体或其衍生物都称为生物吸附剂。生物吸附剂主要是菌类、淀粉、纤维以及藻类等。可欣等[9]用板栗内皮作为吸附剂，在实验室条件下，通过振荡吸附的方法研究了板栗内皮对pH2.0的酸性废水中，镉、铅、铜、锌4种重金属离子的吸附特性。研究结果表明，当板栗内皮的加入量为30g/L，反应时间1h，达到对溶液中4种重金属离子的最大去除率，分别为Cd98.9%、Pb99.6%、Zn98.9%、Cu98.7%;热力学实验结果表明，板栗内皮对4种重金属离子的吸附容量分别为Cd3.2、Pb90.8、Zn27.3、Cu52.4mg/g;动力学实验结果表明，吸附反应在60min内可以达平衡。Elovich方程最适合描述板栗内皮吸附重金属离子的动力学行为，板栗内皮对镉、铅、铜、锌4种重金属的吸附速率和吸附时间成反比，同一时刻对4种重金属离子吸附速率大小依次是Pb2+>Cd2+>Cu2+>Zn2+。张军科等[10]利用废弃茶叶渣对废水中铅(Ⅱ)和镉(Ⅱ)进行了吸附研究，结果表明，茶叶渣对Pb2+和Cd2+的吸附率、吸附量随着时间的延长均增高，最后分别达到72.13%、3.56mg/g和93.75%、4.71mg/g;随着Pb2+和Cd2+初始浓度的增加，吸附量均呈上升趋势，最后分别达到4.06mg/g和4.71mg/g，Pb2+的吸附率呈下降趋势，而Cd2+的吸附率呈上升趋势;随着pH的升高，两种离子吸附曲线都为先升后降，各自的最佳pH分别为5和7;通过改变Pb2+和Cd2+的初始浓度、吸附时间和调节溶液pH，废弃茶叶渣对废水中Pb2+和Cd2+具有良好的去除效果。陈小梅等[11]将浒苔作为吸附剂吸附含铅废水，结果表明，浒苔对Pb2+离子有较强的吸附能力。当溶液的pH值为4.0，按照1.0g/L的浒苔藻粉用量，吸附时间210min时，处理浓度为40mg/L的Pb2+溶液，就可使单位藻类的吸附效率达88.9%。

4．含铅废水处理技术的展望

要彻底地治理含铅废水造成的污染，清洁生产和综合利用是发展的趋势。一方面，必须探索研究新工艺、新方法，从源头上遏制污染的产生;另一方面，对产生的含铅废水必须处理和利用相结合，尽可能提取废水中的有用物质，实现经济效益和环境效益的双丰收。在含铅废水的处理中，必须根据生产的工艺、废水的水质水量、当地的环境以及回收利用的情况，联合采用多种方法，并进行优化组合，方可实现含铅废水的综合处理。

参考文献

【1】郭小锋，王三反.沸石去除废水中铅离子的研究[J].广东化工.2011(04):164-165.

【2】陈红燕，羊依金，张卓君，等.城市污泥-膨润土颗粒吸附剂的制备及其处理含铅废水的研究[J].非金属矿.2009(06):53-56.

【3】陈文珊，蔡逸洲，张天仙.废陶瓷在含铅废水处理中的应用[J].广东化工.2010(08):138-139.

【4】刘鲱，羊依金，陈红燕，等.粉煤灰—膨润土颗粒吸附材料的制备及其处理含铅离子废水的研究[J].资源开发与市场.2009(09):772-775.

【5】赵靓洁，刘鸣达，王耀晶，等.高炉渣吸附废水中的铅[J].环境工程学报.2010(07):1473-1477.

【6】卓猛，黄丽立，金珊，等.HY沸石-ZrSiO_4吸附废水中铅离子的研究[J].化工科技.2011(06):7-11.

【7】赵庆良，夏小青，王广智，等.沸石及其改性材料硅炭素处理含铅废水[J].环境科学研究.2011(09):1023-1028.

【8】王菲，王连军，李健生，等.大孔螯合树脂对Pb~(2+)的吸附行为及机理[J].过程工程学报.2008(03):466-471.

【9】可欣，张昀，李培军，等.板栗内皮对酸性废水中重金属的吸附[J].土木建筑与环境工程.2009(02):138-141.

【10】张军科，郝庆菊，江长胜，等.废弃茶叶渣对废水中铅(Ⅱ)和镉(Ⅱ)的吸附研究[J].中国农学通报.2009(04):256-259.

【11】陈小梅，张迅捷，甘纯玑，等.浒苔对含铅废水的生物吸附研究[J].广州化工.2012(05):82-84.