邵德毅

(棗莊市第八中學(xué)，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(zhǎng)期低水平接觸都會(huì)產(chǎn)生痛痛病、烏腳病及水俁病等嚴(yán)重的重金屬疾病。但是支撐社會(huì)發(fā)展的化工、農(nóng)藥，冶金等行業(yè)在現(xiàn)階段依然會(huì)不可避免的產(chǎn)生重金屬?gòu)U水，如果不能有效處理，就會(huì)造成對(duì)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(jiǎn)單、凈化作用明顯、成本低，是最容易普及和實(shí)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(guó)實(shí)施了《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》，并超額完成重點(diǎn)區(qū)域重點(diǎn)重金屬污染物排放總量比2007年減少15%的目標(biāo)。近期國(guó)家生態(tài)環(huán)境部進(jìn)一步印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)涉重金屬行業(yè)污染防控的意見》，加強(qiáng)各行業(yè)對(duì)重金屬?gòu)U水處理的監(jiān)控，同時(shí)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(duì)人體具有很強(qiáng)的毒性。即便在很低的濃度下鉛的存在也會(huì)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(jìn)行負(fù)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(duì)鉛離子的吸附效率達(dá)到89.93%。

王科杰等[2]采用D201樹脂吸附處理鞣酸鉛廢水，對(duì)其中鉛離子的處理效率達(dá)到98.2%。伊元榮等[3]研究了粉煤灰對(duì)含鉛廢水的吸附作用，通過實(shí)驗(yàn)分析得出，吸附時(shí)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(shí)吸附效果最好可達(dá)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(duì)廢水中的鉛離子具有一定的吸附作用，實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)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(duì)廢水中鉛離子的去除率達(dá)到99.35%。

2 處理含鎘廢水

鎘化合物通常通過呼吸道進(jìn)入并積存在人體中，對(duì)腎臟容易造成嚴(yán)重的損害，同時(shí)還會(huì)造成骨質(zhì)軟化，疏松。

馬俊英等[5]采用鹽酸對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行活化改性制得酸改性膨潤(rùn)土，并研究了其對(duì)廢水中鎘離子的吸附性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過鹽酸改性后的膨潤(rùn)土對(duì)鎘離子的吸附作用提升了14%，當(dāng)pH值=8，鎘離子含量為20 mg/L，反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)，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(duì)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(shí)間為2 h時(shí)，經(jīng)氫氧化鎂改性后的硅藻土對(duì)鎘離子的吸附率達(dá)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(duì)含鎘廢水的吸附作用，結(jié)果表明當(dāng)活性炭用量為0.2 g，pH值=5.5，平均吸附時(shí)間為3 d時(shí)，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(qiáng)，廢水濃度越高，吸附能力越強(qiáng)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

陳波利[8]用紅背桂葉提取的納米氧化鐵來(lái)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(duì)鎘離子最大吸附量達(dá)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(duì)鎘離子的去除率高達(dá)98.5%。此種方法綠色無(wú)污染，且離子去除率高，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

仇歡等[9]研究了不同鈉基、鈣基、高膠質(zhì)鈣基膨潤(rùn)土對(duì)含鎘廢水的吸附性能，并對(duì)吸附結(jié)果進(jìn)行了準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)的擬合，研究結(jié)果表明在綜合考慮吸附劑用量、吸附時(shí)間，吸附效率的前提下，鈣基膨潤(rùn)土對(duì)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(shí)間30 min，對(duì)于鎘離子的吸附效率為92.03%，擬合結(jié)果表明膨潤(rùn)土對(duì)鎘離子的吸附過程以化學(xué)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(duì)廢水中汞離子的吸附處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明燒結(jié)溫度為1020 ℃，保溫時(shí)間60 min，造孔劑碳粉用量在20%制得的錳渣多孔材料對(duì)汞離子吸附性能最好，達(dá)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(dāng)水中汞離子濃度低于600 mg/L時(shí)，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(qǐng)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(diǎn)，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(diǎn)、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(duì)含汞質(zhì)量濃度小于等于0.2 mg/L的廢水進(jìn)行處理后，脫汞率高達(dá)99.9%。該復(fù)合吸附劑成本低，無(wú)毒，對(duì)環(huán)境友好，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

4 處理含鉻廢水

人體接觸鉻化合物會(huì)造成皮膚潰瘍、鼻炎、肝功能衰竭等病變，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致死亡。

呂喜鳳等[13]采用高錳酸鉀溶液對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄棉稈進(jìn)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(dāng)廢液pH值=1，棉稈用量為0.3 g，吸附溫度為45 ℃，吸附時(shí)間為60 min時(shí)，廢水中鉻離子的去除率可達(dá)99.9%，較未改性的棉稈提高了26.3%，這種處理方法操作簡(jiǎn)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(shì)，得到二者的復(fù)合材料，有效提高了粉煤灰對(duì)鉻離子的吸附能力。結(jié)果表明當(dāng)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(shí)間為40 min的條件下，鉻離子的去除率可達(dá)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(jìn)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(duì)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(dá)到GB8978-2002中的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

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(duì)含鉻廢水進(jìn)行了吸附試驗(yàn)及相關(guān)機(jī)理研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，粉煤灰合成的沸石對(duì)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(shí)間為60 min時(shí)，處理效果最佳，去除率可達(dá)99.62%。

5 處理含砷廢水

單質(zhì)砷無(wú)毒性，但是砷的化合物均具有毒性。并且砷化合物對(duì)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(yán)重的破環(huán)作用，導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。

活性炭化學(xué)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(tuán)，因此對(duì)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(shí)，對(duì)砷的吸附容量達(dá)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(duì)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(dāng)添加量為2%時(shí)，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(diǎn)，不僅可以作為吸附劑，同時(shí)作為光學(xué)催化劑在光照和溶解氧的作用下還可以將三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷，王文凱等[19]提出了用二氧化鈦顆粒填充濾柱對(duì)酸性廢水中的高濃度砷進(jìn)行吸附去除，結(jié)果顯示，經(jīng)過3個(gè)連續(xù)串聯(lián)的二氧化鈦濾柱后，原水中高達(dá)2.5 g/L的三價(jià)砷可降至國(guó)家工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)(<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(jìn)行反洗再生，經(jīng)再生后的顆?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)砷的再吸附，因此可以重復(fù)利用，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)砷的回收，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)還可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)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(duì)其進(jìn)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(shí)制得的稀土摻雜鐵炭復(fù)合材料對(duì)于三價(jià)砷濃度為10 mg/L的廢水除砷率高達(dá)93.39%。經(jīng)過動(dòng)力學(xué)計(jì)算表明，這種材料對(duì)于砷的吸附出了表面吸附作用外，還結(jié)合有顆粒內(nèi)擴(kuò)散或者外部液膜擴(kuò)散等其他吸附方式。

6 總結(jié)

近幾年在吸附法處理重金屬?gòu)U水方面取得了很多進(jìn)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(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，我們有理由相信在國(guó)家各部委的指導(dǎo)下，結(jié)合吸附法處理重金屬?gòu)U水的優(yōu)勢(shì)和近年來(lái)的快速發(fā)展，重金屬?gòu)U水處理一定會(huì)在不久的將來(lái)深入人心并落實(shí)到每一個(gè)企業(yè)和單位，還地球一個(gè)美好的綠水藍(lán)天！