辛建珍

(清遠(yuǎn)市環(huán)境監(jiān)測站，廣東 清遠(yuǎn) 511515)

1.前言

人工濕地是指依據(jù)土地處理系統(tǒng)與水生植物處理污水的原理，由人工建立的、可控制和工程化的，具有濕地性質(zhì)的污水處理系統(tǒng)。當(dāng)污水流經(jīng)人工濕地時，基質(zhì)通過一些物理和化學(xué)的途徑 (如吸收、吸附、過濾、離子交換、絡(luò)合反應(yīng)等)來去除污水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)［1］。成水平等［2］在垂直流濕地去除重金屬的研究中發(fā)現(xiàn)，有70%以上的重金屬被留在基質(zhì)中。陽承勝等［3］研究了重金屬在香蒲人工濕地中的分布和積累，也發(fā)現(xiàn)重金屬主要庫存在濕地的土壤中。

此次選擇采用天然火山石作為基質(zhì)，研究其對六價鉻的吸附特性。天然火山石是一種多孔填料，其通透性好，比表面積大，從而對外界的吸引力較強，認(rèn)識和了解這些因素，對選擇合適的吸附劑，控制最佳的操作條件十分重要。所以，此次研究進行了吸附動力學(xué)和吸附熱力學(xué)對六價鉻去除率的影響。以期為天然火山石運用到人工濕地中提供參考依據(jù)。

2.材料與方法

2.1 實驗材料

本實驗是用購于河南鞏義的天然火山石作為材料，經(jīng)蒸餾水清洗、通風(fēng)干燥箱105℃烘干至恒重、球磨研細(xì)后，過不同的篩子把不同粒徑的材料分類以備用，本實驗用了粒徑中等的過40目天然火山石。

2.2 實驗方法

2.2.1 基質(zhì)鉻吸附量的測定

校準(zhǔn)曲 線 的 繪 制。吸 取 0、0.20、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.0mL 鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液于 50mL 比色管中，用水稀釋至50mL，振蕩均勻。加入硫酸 (1+1)溶液0.5mL、磷酸 (1+1)溶液0.5mL，搖勻。加入2.0mL顯色劑，搖勻，放置10min，在波長540nm處，用20mm比色皿，以水作參比，測定吸光度，同時做空白實驗。

將配制好的已知系列鉻溶液與試驗基質(zhì)震蕩反應(yīng)后，靜置30min，吸取2mL上清液于50mL比色管中，用水稀釋至50mL，振蕩均勻。加入硫酸 (1+1)溶液0.5mL、磷酸 (1+1)溶液 0.5mL，搖勻。加入 2.0mL顯色劑，搖勻，放置10min，在波長540nm處，用20mm比色皿，以水作參比，測定吸光度，同時做空白實驗。

2.2.2 火山石的等溫吸附動力學(xué)

稱取120℃下干燥的過40目篩0.5g火山石10份 (每份3個平衡)，放入離心管中，加入30mL質(zhì)量濃度為100mg/L的重鉻酸鉀溶液，把離心管放入恒溫?fù)u床中，分別振蕩2、4、6、8、10、30、50、80、120、180分鐘后靜置30min，取上清液用二苯碳酰二肼分光光度法測定六價鉻濃度，計算出基質(zhì)六價鉻的吸附量。

2.2.3 pH對火山石吸附六價鉻的影響

稱取0.5g火山石6份 (3個平衡)，放入離心管中，用HCL和NaOH溶液將濃度為100mg/L的重鉻酸鉀溶液水樣pH分別調(diào)節(jié)到2、3、4、5、6、7，每個pH溶液分別加入30mL于離心管中，震蕩1h后靜置30min，取上清液用二苯碳酰二肼分光光度法測定六價鉻濃度，計算出基質(zhì)六價鉻的吸附量。

3.結(jié)果分析

3.1 火山石的吸附動力學(xué)特征

由實驗結(jié)果可知，在實驗的開始階段，隨著實驗時間的進行，六價鉻的吸附量曲線較陡;而在實驗的最后階段，隨著實驗時間的進行，吸附量曲線較為平緩，且實驗進行到的約200min后，六價鉻的吸附量逐漸達(dá)到平衡。因其我們應(yīng)該分開階段解析火山石的吸附動力學(xué)曲線，可將火山石六價鉻的吸附量曲線分為快、中、慢3個階段，這表明在火山石固相表面存在高、中、低的吸附點位，火山石對六價鉻的吸附是一個由快速到緩慢的過程，實驗的不同階段對吸附過程的速率產(chǎn)生了影響。

采用以上一級動力學(xué)和Lagergren準(zhǔn)二級動力學(xué)模型對火山石在不同吸附時間下吸附除鉻動力學(xué)過程進行分析，由實驗數(shù)據(jù)可知，一級和Lagergren準(zhǔn)二級動力學(xué)模型均對吸附動力學(xué)實驗結(jié)果擬合較好，但準(zhǔn)二級動力學(xué)模型 (R2=0.9983)比一級動力學(xué)模型 (R2=0.9815)能更好的描述火山石對六價鉻的吸附行為。在該模型下，火山石的吸附量隨著吸附時間的增加而增大。

3.2 pH對六價鉻吸附的影響

吸附作用對pH的依賴是在1951年由Kurbatoy提出來的。從那時起，人們逐漸意識到pH是影響吸附的主要因素。天然火山石吸附受pH值影響其原因是多方面的，溶液的pH值影響溶質(zhì)的存在狀態(tài) (分子、離子、絡(luò)合物)，以及影響天然火山石的表面的空隙的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性，所有這些對六價鉻被吸附都有一定的影響。本實驗就是在2.0～7.0這個pH范圍內(nèi)討論了天然火山石對六價鉻的吸附的?？梢砸姷絧H值對吸附效果的影響明顯。

在過酸性環(huán)境中，不利于火山石對六價鉻的吸附，隨著pH的升高，火山時的吸附效果越來越好，在pH為5時的偏酸性條件下，吸附效果最好，當(dāng)pH繼續(xù)升高，吸附效果隨之開始下降。

4.結(jié)論

(1)火山石對六價鉻的吸附是一個由快速到緩慢的過程，大約2h左右就已經(jīng)達(dá)到平衡。

(2)pH在2.0～5.0范圍內(nèi)，火山石對六價鉻吸附量隨pH升高而增大，而當(dāng)pH＞5.0時，吸附量則隨pH升高而降低。

(3)由此實驗可以清楚看到，天然火山石的吸附量大，解吸率低，是人工濕地中六價鉻吸附填料的良好選擇。

［1］吳獻(xiàn)花，侯長定，王林，等.人工濕地處理污水的機理［J］.玉溪師范學(xué)院學(xué)報，2002，18(1):103－105

［2］成水平，GrosseW，吳振斌.垂直流人工濕地去除重金屬的研究［J］.第七屆海峽兩岸環(huán)境保護學(xué)術(shù)研討會，2001

［3］陽承勝，藍(lán)崇飪，束文圣.重金屬在寬葉香蒲人工濕地系統(tǒng)中的分布與積累［J］.水處理技術(shù)，2002，28(2):101－104