趙 雪 孫軼男（渤海大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院遼寧錦州121013）

膨潤土在廢水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展

趙 雪 孫軼男
（渤海大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院遼寧錦州121013）

本文介紹了膨潤土的類型、結(jié)構(gòu)及其理化性質(zhì)，綜述了利用膨潤土吸附性來處理含有重金屬離子、氨氮、有機(jī)物、染料及其他物質(zhì)的廢水的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并指出目前膨潤土在廢水處理方面的問題及應(yīng)用前景。

膨潤土；膨潤土改性；廢水處理

隨著工農(nóng)業(yè)迅猛發(fā)展，大量未經(jīng)處理的廢水隨意排放，使水污染日益嚴(yán)重；同時人口膨脹對水的需求量越來越大，開發(fā)新型、高效、廉價(jià)、無毒、無二次污染的水處理材料成為當(dāng)前的重要課題。21世紀(jì)從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)提出“綠色化學(xué)”概念，利用膨潤土是一種無毒、無二次污染、來源廣泛、廉價(jià)易得的綠色水處理產(chǎn)品，許多學(xué)者對膨潤土進(jìn)行了大量并且深入的研究，尤其是利用改性膨潤土對廢水的處理進(jìn)行了具體而深刻的研究，使有限的水資源得以充分利用，解決我國傳統(tǒng)廢水處理的不足。

1 膨潤土概述

膨潤土是一種重要的非金屬礦產(chǎn)，世界上膨潤土資源豐富，分布廣泛。我國膨潤土種類齊全，以鈣基膨潤土為主（80%以上），兼有鈉基膨潤土、氫基膨潤土、鋁基膨潤土和鎂基膨潤土等。膨潤土是由兩層硅氧四面體和一層鋁氧八面體組成2∶1型層狀硅酸鹽礦物，其結(jié)構(gòu)式通Nax(H2O)4{(Al2-xMg0.33)[Si4O10](OH)2}。

1.1 膨潤土的理化特性

膨潤土原料性能指標(biāo)包括水分、粒度、膠質(zhì)價(jià)、膨脹容、吸水率、吸藍(lán)量、黏度、陽離子交換容量、懸浮體性能、熱濕拉強(qiáng)度、濕態(tài)抗壓強(qiáng)度、灼燒失量、濾失量、活性度、游離酸、脫色率等。膨潤土理化特性有：晶格置換、電負(fù)性、吸水膨脹性、觸變性、分散懸浮性、粘結(jié)性、可塑性、吸附性、離子交換性等。

2 膨潤土處理廢水的研究現(xiàn)狀

2.1 膨潤土處理含重金屬離子廢水

天然膨潤土具有較大的離子交換容量和比表面積，常用來處理重金屬離子廢水，改性膨潤土處理廢水效果更佳顯著。改性方法有：鹽改性，酸活化改性，微波活化改性，有機(jī)改性等[1]。

李芳蓉[2]、Tahir[3]分別利用酸化膨潤土處理重金屬離子，酸度對去除率影響較大，去除不同金屬離子有不同的pH適宜范圍；pH一定時，酸性膨潤土對重金屬離子（除Pb2+以外）的去除率隨濃度的增大而降低，在處理電鍍廢水時，對Cu2+、Pb2+、Cr6+的去除率較高，而對Ni2+、Cd2+的去除率較低。Gaspar B分別利用改性膨潤土處理廢水中的Pb2+和Cd2+，當(dāng)pH=8左右，Pb2+的去除率達(dá)到90%以上；Cd2+的去除率達(dá)到90%。羅太安[4]利用改性膨潤土處理廢水中的Cd2+和Ni2+，在pH為5-6時，吸附效率接近96%和100%。

2.2 膨潤土處理NH3-N廢水

目前利用膨潤土處理廢水中氨氮的研究尚且不多，利用鈉化、微波改性煅燒鎂改性膨潤土可有效去除廢水中的氨氮，加大力度研究改性膨潤土處理廢水中的氨氮。

王代芝[5]等研究利用鈉化膨潤土處理氨氮廢水，攪拌40min，膨潤土用量為5g，pH值為8-9，室溫條件下處理濃度為160mg/L的氨氮廢水100ml效果最佳，最高去除率可達(dá)到93.78%。聶錦旭[6]等利用微波強(qiáng)化改性膨潤土處理廢水中氨氮，在溶液pH值為10，吸附劑用量為0.4g/L，吸附時間為20min時，對濃度為100mg/ L氨氮廢水的去除率可達(dá)到96.8%。胡巧開[7]利用煅燒鎂改性膨潤土對氨氮廢水進(jìn)行吸附研究，膨潤土中的鎂離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時，經(jīng)300℃煅燒2h時，在pH= 6、鎂離子該性膨潤土用量為10g/L、吸附時間30min的條件下，對質(zhì)量濃度100mg/L的氨氮去除率可達(dá)91%。

2.3 膨潤土處理有機(jī)廢水

天然膨潤土表面的硅氧結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的親水性，導(dǎo)致層間陽離子水解，所以天然膨潤土吸附有機(jī)物的能力差。因此在處理有機(jī)廢水時，大都是用改性膨潤土，在今后研究中重點(diǎn)要以膨潤土作為催化劑應(yīng)用于廢水處理，從而更加有效的去除廢水中的有機(jī)污染物。

Ma[8]等利用溴化十六烷基三甲銨改性膨潤土處理酚類，在pH=3-8，反應(yīng)時間25min，膨潤土投加量10g/ L時，對苯酚、p-硝基苯、β-萘酚的去除率分別達(dá)69%、92%、99%。Sanabria等用預(yù)先聚合的鋁-鐵固體粉末，滲析膜法制備改性膨潤土，反應(yīng)時間2h，苯酚100%被氧化，總有機(jī)碳的去除率在49%-53%。

2.4 膨潤土處理印染廢水

膨潤土對廢水脫色的研究表明，利用鐵鹽改性、硫酸改性、焙燒改性、有機(jī)改性膨潤土對印染廢水進(jìn)行脫色極為廣泛，研究適宜的改性條件是將膨潤土用于實(shí)際印染廢水處理的關(guān)鍵。

武文浩[9]用有機(jī)膨潤土分別處理染料甲基橙和陽離子染料廢水，脫色率大于活性炭，平均脫色率超過99%。Lian[10]等用鈣化改性膨潤土，其對剛果紅的最大吸附量為227.27mg/g，對剛果去除率可達(dá)95%。楊久義等利用改性膨潤土對麥草漿造紙黑液的色度去除率可達(dá)90%以上，對COD的去除率可達(dá)到70%以上。

2.5 膨潤土處理其他廢水

2.5.1 垃圾滲瀝液的處理

垃圾滲瀝液中含有大量有機(jī)物和無機(jī)離子及其中間產(chǎn)物，成分十分復(fù)雜，對環(huán)境的污染主要是它的好氧性、腐蝕性及對水生物的毒性。

陸海軍[11]等利用顆粒活性炭及酸活化膨潤土改良垃圾填埋場襯墊土壤材料，對Cr6+的吸附強(qiáng)度有了很大提高。邢奕等[12]通過對鈉基及膨潤土進(jìn)行改性，處理經(jīng)MBR處理后的難以被生物降解的廢水，當(dāng)改性劑與膨潤土配比為1:10，pH為8，溫度為25℃，改性膨潤土投加量為12g/L,PAFC投加量為12g/L，COD去除率達(dá)93%，符合垃圾滲濾液排放要求。

2.5.2 農(nóng)業(yè)廢水的處理

農(nóng)業(yè)廢水中污染物質(zhì)主要有化肥、農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品，其中富含氮、磷、苯、氯等化學(xué)物質(zhì)，大部分的農(nóng)業(yè)廢水未經(jīng)處理直接排放到周邊河流、湖泊等，對地表水和地下水造成了嚴(yán)重的污染，引起水體富營養(yǎng)化加劇。

Narine[13]等研究膨潤土對百草枯、殺草快、勞氏素三種農(nóng)藥的吸附量超過其陽離子交換容量（CEC），而對亞甲基藍(lán)、新亞甲基藍(lán)、孔雀綠的吸附量相當(dāng)于其CEC。

2.5.3 焦化廢水的處理

焦化廢水成分復(fù)雜多變，污染物濃度高，尤其是難降解有機(jī)物、氨氮的濃度、COD高，成分復(fù)雜，處理較難。

張斌等[14]利用十八烷基二甲基甜菜堿（BS-18）改性膨潤土吸附苯酚，表明兩性修飾改性膨潤土對苯酚的吸附速率大于未修飾的，且均隨著修飾改性比例的增加而增大；吸附量在pH值4-8范圍內(nèi)穩(wěn)定，pH大于8后，吸附量迅速降低。王通等[15]采用十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）和陽離子型聚丙烯酰胺（CPAM）分別改性膨潤土，制得系列CTMAB－膨潤土（C-Bt）、CPAM-膨潤土(P-Bt）、和復(fù)合型膨潤土（C/P-Bt），C/P-Bt對有機(jī)物有明顯的協(xié)同吸附效應(yīng)，C/P-Bt吸附量大于相應(yīng)的C-Bt和P-Bt吸附量之和，對苯酚和硝基苯的吸附量分別可提高22%和26%。

3 存在的問題及展望

改性膨潤土處理廢水效果好，在環(huán)保領(lǐng)域中應(yīng)用的可行性很大。利用改性膨潤土處理廢水所存在的問題：

（1）膨潤土是一種粉末狀的黏土，投入廢水中后會形成泥漿，不能有效降低污水濁度，渣水分離存在一定困難。

（2）改性膨潤土對污染物有較高的去除率，應(yīng)深入研究改性劑的種類及改性方法，降低處理成本，同時拓寬改性膨潤土的適用范圍。

（3）膨潤土的回收再生問題目前研究較少。

總之，大多數(shù)改性膨潤土具有制備工藝簡單、成本低廉的特點(diǎn)，是一類很有效的水處理劑，研究突破在于：a.制備多功能，即能處理復(fù)雜廢水的改性膨潤土；b.制備具有高負(fù)荷量的膨潤土。根據(jù)膨潤土的組成、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量以及性能標(biāo)準(zhǔn)，使其成為系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的黏土；研究各種改性材料的性質(zhì)及處理工藝條件，使制備改性膨潤土標(biāo)準(zhǔn)化；深入研究膨潤土的再生方法，找到一種更加經(jīng)濟(jì)可行的改性方法，相信將其投注于廢水處理中的應(yīng)用會更加廣泛。

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趙雪（1995-），女，漢族，遼寧省沈陽市人，渤海大學(xué)，化學(xué)化工學(xué)院，環(huán)境工程，本科生