陳 榕，魏 彤，劉 暢，郝冬雪

廢棄混凝土對水中重金屬銅和鉛的吸附特性

陳 榕，魏 彤，劉 暢，郝冬雪※

（1. 東北電力大學巖土工程研究所，吉林 132012；2. 東北電力大學吉林省電力基礎(chǔ)設(shè)施安全評估與災害防治重點實驗室，吉林 132012）

工業(yè)廢水的直接或間接排放導致中國自然水體受重金屬污染程度較高，對重金屬污水處理刻不容緩，但現(xiàn)有重金屬去除方法普遍存在工藝過于復雜或投資高等缺點。由于廢棄混凝土顆粒含有水泥水化產(chǎn)物和未水化的水泥顆粒，具有一定的活性和較高的比表面積，因此該研究擬嘗試采用廢棄混凝土顆粒作為重金屬污染水的吸附材料。通過重金屬浸出試驗發(fā)現(xiàn)，重金屬浸出量與廢棄混凝土粒徑相關(guān)，粒徑越大，重金屬析出量越小?；谠囼灁?shù)據(jù)以及《國家污水綜合排放標準》的排放閾值要求，最終確定了廢棄混凝土顆粒材料的最佳選取粒徑。隨后，通過靜態(tài)吸附試驗，重點考察了吸附時間、吸附劑用量、重金屬初始質(zhì)量濃度對廢棄混凝土吸附重金屬銅和鉛的影響。結(jié)果表明：銅和鉛在廢棄混凝土上的吸附是一個先快速而后緩慢的過程，在100 min基本達到吸附平衡，且廢棄混凝土對銅和鉛的吸附量隨銅和鉛初始質(zhì)量濃度的升高而提高，去除率則隨著銅和鉛初始質(zhì)量濃度的升高而降低，隨著廢棄混凝土用量的升高而提高。廢棄混凝土對銅和鉛的吸附符合Langmiur等溫吸附模型，擬合得到的最大吸附量分別為40.75和86.73 mg/g；準二階動力學模型更適合描述廢棄混凝土對銅和鉛的吸附過程，說明控制吸附速率的主要是化學吸附。與其他常見的天然吸附劑材料相比，廢棄混凝土對水中重金屬銅和鉛具有良好的吸附性能，可以作為吸附材料來處理含銅和鉛的污染水。

重金屬；廢棄混凝土；銅；鉛；吸附特性

0 引 言

改革開放以來，中國輕工業(yè)和重工業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，如冶煉、電鍍、采礦、造紙、電池等行業(yè)，但由此產(chǎn)生的大量含有重金屬的工業(yè)廢水直接或間接排放到水環(huán)境中，威脅著生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。調(diào)查顯示，中國超過80%的江河湖海均存在重金屬污染，且局部水體污染嚴重[1-2]。

重金屬污染水體不僅會加劇水資源短缺，而且對水中生態(tài)系統(tǒng)、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)等也會產(chǎn)生很大影響[3-6]。這些重金屬不易被生物降解，進入水體之后可直接通過飲用水或生活用水作用于人體，也能通過水生動、植物吸收，進入食物鏈富集到人體，進而導致身體和精神發(fā)育遲緩，甚至會威脅人類生命健康[7-8]。

當前，國內(nèi)外學者已經(jīng)提出許多方法來去除工業(yè)污水中的重金屬，如吸附劑、化學沉淀、滲透性反應墻、生物吸附和膜工藝等[9-11]，但是，這些方法普遍存在工藝和技術(shù)要求過于復雜[12]，或能耗大、投資高等缺點[13-14]，很難有效實施。因此，如何合理有效的去除工業(yè)污水中的重金屬，已成為社會亟需解決的重大問題。

作為建筑垃圾，廢棄混凝土的回收利用是當前建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究熱點[15]。對廢棄混凝土破碎篩分處理加工后可得到不同粒徑的再生骨料，可用其形成再生混凝土，具有較好的資源回收利用價值[16]。但同時，在破碎過程中還會產(chǎn)生一些細粉料，研究發(fā)現(xiàn)這些細顆粒含有一定的水泥水化產(chǎn)物和未水化的水泥顆粒，具有較好的活性和較高的比表面積[17-19]。Ayanda等[18]使用由廢棄混凝土和粉煤灰配制成的透水混凝土混合料處理礦山廢水中的重金屬，發(fā)現(xiàn)其對重金屬鋁、鐵、錳等有較高的去除率。Holmes等[19]同樣發(fā)現(xiàn)透水活性混凝土可有效去除水中重金屬鉛、鋅和鎘。由此可見，廢棄混凝土在環(huán)境工程領(lǐng)域方面也具有一定的應用價值，若能將其直接作為吸附材料，則有望大幅降低重金屬污水的處理成本。但目前對于廢棄混凝土去除污水中重金屬的研究有限，對各種重金屬的具體去除效果和機理仍不明確。

因此，本文嘗試將廢棄混凝土破碎后所形成的細粉料顆粒作為吸附劑，用以去除污染水中常見的重金屬銅和鉛。在研究中分別采用重金屬浸出試驗和靜態(tài)吸附試驗探究其作為吸附材料的安全性能以及對于重金屬銅和鉛的吸附性能，并通過吸附模型揭示其對重金屬銅和鉛的內(nèi)在吸附機理，隨后將其與其他天然吸附材料的吸附性能進行對比，探討將其直接作為吸附材料的可行性。

1 試驗材料與試驗方法

1.1 廢棄混凝土材料

本文所用廢棄混凝土取自吉林市某廢棄物料回收站。首先采用自來水沖洗，清除掉其中所包含的雜質(zhì)，隨后在太陽下自然風干，再利用顎式破碎機將廢棄混凝土破碎成細小顆粒，如圖1所示。隨后，利用不同粒徑標準篩將混凝土顆粒進行篩分，配置形成不同粒組的混凝土顆粒樣本（直徑< 0.08、0.08≤< 0.15、0.15≤< 1、1≤< 5 mm），如圖2所示。

圖1 廢棄混凝土

圖2 不同粒徑廢棄混凝土

1.2 重金屬離子溶液

采用分析純級別的CuSO4·5H2O和Pb（NO3）2制備不同質(zhì)量濃度的銅、鉛離子溶液。分別稱取3.929 g的CuSO4·5H2O和1.599 g的Pb（NO3）2放入兩個燒杯中，用少量蒸餾水充分溶解，待溶液冷卻至室溫后，用1 L的容量瓶配置成質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的標準溶液，定容搖勻備用。在靜態(tài)吸附試驗中所采用的不同質(zhì)量濃度重金屬溶液均由上述的標準溶液稀釋而來。

1.3 試驗方法與方案

1）浸出試驗

混凝土主要由砂子、碎石、水泥與水攪拌而成，其主要化學成分為CaO和SiO2，同時還包含少量MgO，Al2O3，F(xiàn)e2O3等無毒性的金屬氧化物成分。但近年來隨著混凝土摻合料、外加劑的開發(fā)利用，使得混凝土中重金屬離子的種類、含量呈不斷增加趨勢。

浸出試驗主要研究廢棄混凝土顆粒中所含重金屬在試驗環(huán)境下的浸出量?，F(xiàn)有研究表明[20]，混凝土顆粒具有一定的堿性特征，在中性水體中幾乎不會出現(xiàn)重金屬離子析出現(xiàn)象。但重金屬污染的工業(yè)廢水多呈酸性（3

試驗采用德國“水槽試驗法”[20]。將不同粒徑等級的混凝土分別放入錐形瓶中，配置并加入pH值為（3 ± 0.1）的鹽酸溶液，固液比為1∶10，在室溫內(nèi)保存7 d后，將上部分溶液通過濾紙過濾，得到澄清溶液；最后用原子吸收分光光度計測定重金屬質(zhì)量濃度，每組試驗設(shè)置3組平行，取其平均值。

進一步將不同粒徑下混凝土的重金屬浸出量與相關(guān)污水排放標準中的閾值進行比較，評價其作為污染水體吸附劑的可行性，同時依據(jù)其實際浸出情況，選取其作為吸附劑的合理粒徑。

2）靜態(tài)吸附試驗

靜態(tài)吸附試驗主要研究不同條件下廢棄混凝土對溶液中重金屬銅和鉛的吸附效果，重點考察吸附劑用量、吸附時間和溶液中初始重金屬質(zhì)量濃度因素對吸附效果的影響，具體試驗方案見表1。

表1 重金屬銅和鉛的吸附試驗方案

其中，試驗編號1研究了吸附時間對吸附性能的影響，吸附時間設(shè)定為30～330 min，梯度為30 min；試驗編號2研究了重金屬污染物初始質(zhì)量濃度對球黏土吸附性能的影響，將初始質(zhì)量濃度設(shè)定為50～500 mg/L，梯度為50 mg/L；試驗編號3研究了吸附劑用量對吸附性能的影響，將球黏土用量設(shè)置為1～9 g，梯度為1 g。

在試驗中，首先將100 mL不同初始質(zhì)量濃度的重金屬溶液置入250 mL的錐形瓶中，再稱量一定量的廢棄混凝土顆粒放入錐形瓶中，在恒溫條件下放入振蕩頻率為120 r/min的搖床中吸附一定時間。結(jié)束后，取上層懸濁液放入離心機，以3 000 r/min轉(zhuǎn)速離心15 min，取上清液用原子吸收分光光度計測定重金屬質(zhì)量濃度。其中，重金屬的吸附量和去除率按以下公式進行計算[21]

式中，為吸附量，mg/g；為去除率，%；0為吸附前溶液的重金屬初始質(zhì)量濃度，mg/L；為吸附后溶液中重金屬質(zhì)量濃度；mg/L；為溶液的體積，mL；為吸附劑質(zhì)量，g。

2 吸附理論模型

2.1 吸附動力學模型

吸附動力學模型主要研究吸附過程中吸附量與時間的關(guān)系，經(jīng)常用來描述吸附速率和吸附動態(tài)平衡的方法[21-22]，也可以用來表達吸附劑對吸附質(zhì)的吸附機理[23]。本文為了研究廢棄混凝土對重金屬銅和鉛的吸附機理，分別采用準一階動力學模型、準二階動力學模型及Weber-Morris顆粒內(nèi)擴散模型對廢棄混凝土吸附重金屬數(shù)據(jù)進行擬合。

其中，準一階動力學模型通常適用于描述初始階段的吸附過程，它假定吸附速率與時刻的吸附容量以及平衡吸附容量的差值成正比[24]。其表達式如下所示：

式中，q為平衡吸附量，mg/g；q為時刻的吸附量，mg/g；為反應時間，min；1為準一階反應速率常數(shù)，min-1。

準二階動力學模型涵蓋了整個吸附過程，該模型是在固相吸附容量的基礎(chǔ)上推導出來的，其吸附過程遵循化學吸附機理[25]。其表達式如下：

式中，2為準二階反應速率常數(shù)，g/（mg·min）。

Weber-Morris顆粒內(nèi)擴散模型通常描述吸附質(zhì)在吸附劑內(nèi)部的擴散機理，可以用于判斷在反應過程中內(nèi)擴散是否是主導反應過程的主要因素[26]。其表達式如下所示：

式中，w為內(nèi)擴散速率參數(shù)，mg/(min1/2·g)；以t對0.5作圖，直線部分的斜率即為w，截距為與邊界層厚度有關(guān)的常數(shù)。若直線通過原點，則吸附由內(nèi)擴散控制，如不通過原點，截距越大，液膜擴散在速率控制步驟中的影響也越大。

2.2 等溫吸附模型

吸附等溫曲線主要研究溫度恒定時，在達到吸附平衡情況下吸附劑的吸附量和吸附質(zhì)質(zhì)量濃度兩個變量之間的關(guān)系。本文為了研究廢棄混凝土對重金屬的等溫吸附特征，分別采用了Langmiur等溫吸附模型、Freundlich等溫吸附模型以及D-R等溫吸附模型。

Langmiur等溫吸附模型是建立在理想層面上，假設(shè)吸附劑表面各向同性并且吸附是單層吸附，其中每個吸附點對于溶液中的離子的吸附能力都相同，并且離子之間沒有作用力。假定在吸附系統(tǒng)中存在吸附飽和點，過了飽和吸附點之后，隨著時間和初始質(zhì)量濃度的增加，吸附量不再增加，適用于系統(tǒng)的整個吸附過程[27]。其表達式如下所示：

式中，為最大吸附量，mg/g；為吸附平衡質(zhì)量濃度，mg/L；k為Langmuir模型中的平衡常數(shù)，L/mg；R為分離系數(shù)。

Freundlich等溫吸附模型假定吸附劑表面各向異性，并且吸附為多層吸附，適用于質(zhì)量濃度較低的階段[28]。其表達式如下所示：

上述表達式可整理為

式中，為Freundlich模型中的平衡常數(shù)，L/mg；為各向異性指數(shù)。

D-R等溫吸附模型假設(shè)微孔中的吸附機理是孔隙填充，而不是在孔隙壁上逐層形成薄膜，它適用于僅涉及范德華力的吸附系統(tǒng)[29]。其表達式如下所示：

式中，為D-R吸附自由能活度系數(shù)，mol2/kJ2；為Polanyi勢能，kJ/mol；為理想氣體常數(shù)，J/mol·K；為熱力學溫度，K；為平均吸附自由能，kJ/mol。

3 試驗結(jié)果

3.1 浸出試驗

不同粒徑混凝土在pH值為（3±0.1）的溶液中重金屬的浸出量如表2所示。從表中看出，在廢棄混凝土酸性浸出液中共檢測出5種重金屬，分別為Cu、Zn、Cr、Cd、Pb。同時可以發(fā)現(xiàn)，廢棄混凝土粒徑增大，酸性浸出液中的重金屬浸出量越小。當廢棄混凝土粒徑大于0.08 mm時無法檢測到重金屬Pb的含量；當粒徑大于1 mm時無法檢測到Zn和Cd的存在；只有Cu和Cr在廢棄混凝土為不同粒徑時均可檢測出一定含量。從整體來看，在酸性條件下5種重金屬的浸出量均不大于《國家污水綜合排放標準》的排放閾值[30]。但需要注意的是，重金屬Cd的浸出含量與排放閾值較接近。因此，將廢棄混凝土顆粒作為污水處理吸附劑時，為了避免其對水體環(huán)境可能造成的二次污染，特選取0.15～1 mm粒徑的廢棄混凝土顆粒進行后繼的吸附特性試驗。

3.2 廢棄混凝土顆粒表征

進一步采用掃描電鏡（Scanning electron microscope，SEM）對0.15～1 mm粒徑的廢棄混凝土顆粒表面結(jié)構(gòu)形態(tài)進行表征觀察，并分別選取了160倍和10 000倍的放大掃描結(jié)果，具體如圖3所示。從圖3中可以看出，廢棄混凝土顆粒凹凸不平，邊緣不整齊，其表面整體呈不規(guī)則的鱗片狀結(jié)構(gòu)，層層交疊。上述特征均表明廢棄混凝土顆粒具有較大的比表面積和吸附空間。

表2 不同粒徑廢棄混凝土重金屬浸出含量

圖3 不同放大倍數(shù)下廢棄混凝土SEM圖

3.3 吸附試驗結(jié)果

3.3.1 初始質(zhì)量濃度對去除率及吸附量的影響

圖4為重金屬銅和鉛初始質(zhì)量濃度對去除率及吸附量的影響。由圖可見，隨著初始質(zhì)量濃度的不斷增加，兩種重金屬的去除率逐漸降低。同時，廢棄混凝土對兩種重金屬的吸附量呈現(xiàn)出先增大后趨于穩(wěn)定的趨勢。其中，廢棄混凝土對于銅的吸附量在初始質(zhì)量濃度小于150 mg/L時呈正相關(guān)，對于鉛的吸附量在初始質(zhì)量濃度小于200 mg/L時呈正相關(guān)，隨著初始質(zhì)量濃度的升高，銅和鉛的吸附量分別在達到38和68 mg/g時趨于穩(wěn)定。這是由于吸附劑表面的吸附點位數(shù)量一定，在初始重金屬質(zhì)量濃度較小時，重金屬的去除率較好；當初始重金屬質(zhì)量濃度變大時，廢棄混凝土表面的吸附點位逐漸被占用，直到達到飽和狀態(tài)，多余的銅離子和鉛離子則不能被吸附到表面，吸附量也就趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3.2 吸附時間對吸附量的影響

圖5為吸附時間對廢棄混凝土吸附量的影響。由圖 5可見，廢棄混凝土對兩種重金屬的吸附量都是先快速增加后趨于穩(wěn)定，在吸附100 min之內(nèi)，廢棄混凝土快速吸附重金屬，到達100 min時，吸附量基本已經(jīng)接近飽和值，隨后基本不再增加。這是因為初始吸附階段吸附劑表面的吸附點位較多，吸附的速率較快，隨著吸附時間的增加，可以吸附的點位逐漸減少，吸附的速率也隨之降低，直到廢棄混凝土的吸附量達到飽和狀態(tài)趨于穩(wěn)定。

圖4 重金屬初始質(zhì)量濃度對去除率及吸附量的影響

Fig.4 Effect of initial mass concentration of heavy metal on the removal rate and adsorption capacity

圖5 吸附時間對廢棄混凝土吸附量的影響

3.3.3 吸附劑用量對重金屬去除率的影響

圖6為吸附劑用量對重金屬去除率的影響。由圖6可見，當廢棄混凝土的用量從1 g/L增加到9 g/L時，對于銅和鉛兩種重金屬的去除率都呈現(xiàn)出先提高后趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象。當廢棄混凝土的用量小于6 g/L時，兩種重金屬的去除率提高較快，當廢棄混凝土的用量超過6 g/L時，去除率則呈穩(wěn)定狀態(tài)。這是由于當重金屬初始質(zhì)量濃度一定時，溶液中的重金屬離子總量不變，當廢棄混凝土的用量較少時，其表面吸附重金屬的點位也有限，無法全部吸附溶液中的全部重金屬；但當廢棄混凝土的用量提高時，總體吸附點位也隨之增加，重金屬離子幾乎被全部清除；如果繼續(xù)增加廢棄混凝土的用量，還會出現(xiàn)吸附劑表面吸附點位不飽和現(xiàn)象，但最終去除率基本保持穩(wěn)定，接近100 %。

圖6 吸附劑用量對重金屬去除率的影響

4 吸附機理分析及吸附性能比較

4.1 吸附動力學

圖7為廢棄混凝土的吸附動力學擬合曲線，相關(guān)參數(shù)如表3所示?？梢钥闯?，準二階動力學模型計算得到的平衡吸附量與試驗測得的吸附量更為接近，且擬合所得2更高。因此，廢棄混凝土對銅和鉛這兩種重金屬的吸附更適合采用準二階動力學模型描述，這也意味著其吸附過程主要表現(xiàn)為化學吸附[16]。

圖7 廢棄混凝土吸附動力學曲線

表3 廢棄混凝土對兩種重金屬的吸附動力學擬合參數(shù)

進一步在t對0.5坐標下，采用Weber-Morris顆粒內(nèi)擴散模型對廢棄混凝土吸附銅和鉛的試驗數(shù)據(jù)進行擬合，如圖8所示?？梢钥闯?，該數(shù)據(jù)明顯呈現(xiàn)出兩段線性，即可將銅和鉛在廢棄混凝土上的顆粒內(nèi)擴散過程分為兩個階段。第1階段為外表面擴散階段；第2階段為孔道緩慢擴散階段。此外，從圖8中還可以看出，采用Weber-Morris顆粒內(nèi)擴散模型對銅和鉛擬合得到的曲線近似通過坐標軸的原點，這說明內(nèi)擴散是主導反應過程的主要因素，廢棄混凝土對銅和鉛的整個吸附過程受到顆粒內(nèi)擴散的控制[31-32]。

4.2 等溫吸附線

圖9為廢棄混凝土對重金屬鉛和銅的3種等溫吸附模型曲線，相關(guān)參數(shù)如表4所示。從表中可以看出，Langmiur等溫吸附模型擬合得到的2遠高于其他兩種等溫吸附模型，這說明Langmiur等溫吸附模型能更好地描述廢棄混凝土對于兩種重金屬的吸附過程，對兩種重金屬的吸附屬于單分子層吸附[33]，且對于重金屬銅和鉛的擬合得到的平衡吸附量分別為40.75和86.73 mg/g。分離系數(shù)L可以很好地表示Langmiur等溫吸附模型的本質(zhì)特征和吸附效果。若L>1，表示吸附過程很難進行，吸附效果較差；0

圖8 廢棄混凝土的顆粒內(nèi)擴散模型分段擬合曲線

4.3 吸附性能比較

表5為廢棄混凝土與其他常見的吸附劑（天然沸石、活性炭和坡縷石）對重金屬銅和鉛的單位吸附量對比數(shù)據(jù)。

圖9 廢棄混凝土的等溫吸附曲線

表4 廢棄混凝土對兩種重金屬的吸附等溫線擬合參數(shù)

注：m為最大吸附量；k和k分別為Langmuir模型和Freundlich模型平衡常數(shù)；L為分離系數(shù)；為各向異性指數(shù)；為D-R吸附自由能活度系數(shù)；2為決定系數(shù)。

Note:mis the maximum adsorption capacities;kandkare the Langmuir and Freundlich adsorption constant respectively;Lis the separation coefficient;is the anisotropy index;is the activity coefficient related to mean adsorption energy;2is coefficient of determination.

表5 廢棄混凝土與其他吸附劑的比較

可以看出，對于重金屬鉛，廢棄混凝土相比于天然沸石、活性炭和坡縷石有著更高的吸附量；對于重金屬銅，廢棄混凝土的吸附量明顯高于沸石和坡縷石，但卻低于活性炭。不過從價格方面比較，目前活性炭價格為3 000～1 000元/t，而廢棄混凝土屬于建筑垃圾，其市場回收價格僅為30～50元/t，即使加入破碎所產(chǎn)生的加工成本，仍遠遠小于活性炭市場價格。這也從側(cè)面反映出采用廢棄混凝土處理污染水中的重金屬銅和鉛具有更高的性價比和可行性。

5 結(jié) 論

1）由浸出試驗發(fā)現(xiàn)，廢棄混凝土顆粒的粒徑越大，其重金屬離子的浸出量越小。基于《國家污水綜合排放標準》的閾值要求，選取0.15～1 mm粒徑的廢棄混凝土顆粒作為污染水處理的吸附材料，以避免其對水體環(huán)境造成二次污染的可能。

2）吸附時間、吸附劑用量以及兩種重金屬初始質(zhì)量濃度對廢棄混凝土的吸附量和去除率有重要影響，廢棄混凝土對兩種重金屬的吸附量隨吸附時間和初始質(zhì)量濃度的增加先增大后趨于穩(wěn)定，其對兩種重金屬的去除率隨廢棄混凝土用量的增加先增大后趨于穩(wěn)定。

3）廢棄混凝土對銅和鉛的吸附過程更符合Langmiur等溫吸附模型和準二階動力學模型，可見其吸附過程為單分子層吸附，以化學吸附為主，吸附速率受到顆粒內(nèi)擴散的控制，最大吸附量分別為40.75和86.73 mg/g。

4）與其他常見的吸附劑材料相比，廢棄混凝土對水中重金屬銅和鉛具有良好的吸附性能，且材料成本低，會產(chǎn)生十分顯著的經(jīng)濟效益。

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Adsorption characteristics of waste concrete on the heavy metals copper and lead in water

Chen Rong, Wei Tong, Liu Chang, Hao Dongxue※

(1.,;132012,; 2.,,132012,)

The direct or indirect discharge of industrial wastewater leads to the high degree of pollution of heavy metals in Chinese natural water resources. The removal of heavy metals sewage is a problem that is exigent to be solved. However, existing heavy metal removal methods are generally found to be too complicated or expensive. Because the waste concrete particles contain cement hydration products and unhydrated cement particles, which have a certain activity and a high specific surface area. This paper tries to use the waste concrete particles as the adsorption material of water polluted by heavy metals. Through the heavy metals leaching test, it is found that the heavy metal leaching capacity is related to the particle size of the waste concrete. The larger the particle size is, the smaller the heavy metal leaching capacity is. Based on the test data and the discharge threshold requirements of the National Comprehensive Sewage Discharge Standard, the optimal selected particle size of the waste concrete particle material is finally determined. Then, by the static adsorption test, the effect of the adsorption time, the adsorbent dosage and the initial mass concentration of heavy metal on the adsorption of heavy metals copper and lead in waste concrete are mainly investigated. The result shows that the adsorption time, waste concrete dosage and initial concentration of heavy metal copper and lead will affect the adsorption properties of waste concrete. With the increase of adsorption time, the adsorption of two heavy metals copper and lead shows a trend of increasing first and then stabilizing. In the first 100 min, the adsorption of copper and lead quickly reached the equilibrium. With the increase of the initial mass concentration of copper and lead, the removal rate of the two heavy metal gradually decreases, and the adsorption capacity gradually increases and then stabilizes. When the initial mass concentration is less than 150 mg/L, the adsorption capacity for heavy metal copper is positively correlated, while heavy metal lead is positively correlated at the initial mass concentration of 200 mg/L. However, with the increase of waste concrete dosage, the removal rate of the two heavy metals copper and lead increases first and then stabilized. The adsorption of heavy metals copper and lead on waste concrete conforms to the Langmiur isothermal adsorption model, and the maximum adsorption capacity obtains 40.75 and 86.73 mg/g respectively; the pseudo-second-order kinetic model is more suitable for describing the adsorption process of heavy metals copper and lead on waste concrete, which indicating that the adsorption rate is controlled by chemisorption. Compared with other common adsorbent materials, the maximum adsorption capacity of heavy metals lead and copper on the waste concrete is much higher than natural zeolite and palygorskite, while the maximum adsorption capacity of heavy metal copper is lower than activated carbon. However, based on the price, the recycling price of waste concrete is still far lower than the market price of activated carbon even if the processing cost caused by crushing. This also reflects that the waste concrete has good adsorption capacity for the heavy metals copper and lead, which can be used as an adsorption material to treat the wastewater containing heavy metals copper and lead.

heavy metal; waste concrete; Cu; Pb; adsorption characteristics

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.021

X703

A

1002-6819(2022)-24-0188-09

陳榕，魏彤，劉暢，等. 廢棄混凝土對水中重金屬銅和鉛的吸附特性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2022，38(24)：188-196.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.021 http://www.tcsae.org

Chen Rong, Wei Tong, Liu Chang, et al. Adsorption characteristics of waste concrete on heavy metals copper and lead in water[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(24): 188-196. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.021 http://www.tcsae.org

2022-07-11

2022-11-30

國家自然科學基金項目（52078108）；吉林省科技廳中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才及團隊項目（20210509058RQ）；吉林省教育廳科學研究項目（JJKH20210103KJ）

陳榕，博士，教授，研究方向為環(huán)境土工和不良土體加固。Email：lg1316cih@126.com

郝冬雪，博士，教授，研究方向為輸電桿塔基礎(chǔ)承載特性。Email：haodongxue2005@126.com