天然材料處理電鍍廢水的研究進(jìn)展

【簡(jiǎn)介】

天然材料處理電鍍廢水的研究進(jìn)展

杜敏娟 舒文勃 楊娜娜 李琛

(陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中723001)

摘要：“以廢治廢”是一種經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少的環(huán)境保護(hù)新思路，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)環(huán)境污染治理技術(shù)上。電鍍廢水是一種典型的重金屬污染廢水，同時(shí)具有較高的循環(huán)利用價(jià)值。在介紹電鍍廢水的特點(diǎn)、常見(jiàn)治理方法的基礎(chǔ)上，綜述了天然材料在處理電鍍廢水技術(shù)的應(yīng)用情況和發(fā)展前景，分析了天然材料在處理電鍍廢水的優(yōu)點(diǎn)，指出天然材料在處理電鍍廢水的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：天然材料；以廢治廢；循環(huán)利用；電鍍廢水

中圖分類(lèi)號(hào)：X703  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B  文章編號(hào)：（G）10045（2010）03－73－04

電鍍是當(dāng)今世界三大污染工業(yè)之一。電鍍廢水成分復(fù)雜，除含氰廢水和酸堿廢水外，還含有鉻、鎳、鎘、銅、鋅、金、銀等重金屬污染物。同時(shí)，廢水中還含有相當(dāng)數(shù)量的添加劑、光亮劑等有機(jī)化合物，例如各類(lèi)型表面活性劑、EDTA、檸檬酸、酒石酸、乙醇胺、乙二醇、硫脲、苯磺酸、香豆素、炔二醇等。這些物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境．必定會(huì)對(duì)人類(lèi)健康及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。電鍍廢水的處理可分為三個(gè)階段：第一階段主要是氰化物、六價(jià)鉻的化學(xué)處理；第二階段是研究含錫和其他重金屬?gòu)U水以及酸堿廢水處理技術(shù)；第三階段開(kāi)始重視綜合防治、資源回收、節(jié)約用水和閉路循環(huán)等新技術(shù)。到目前為止，大多數(shù)電鍍的廢水都已有了比較有效的處理方法。為了能大量、有效、深度、廉價(jià)處理金屬離子電鍍廢水，常規(guī)單一的處理方法已不能滿足要求，而多元化新型處理技術(shù)越來(lái)越受到重視。開(kāi)發(fā)新型高效廉價(jià)的多功能吸附材料受到廣泛關(guān)注。

近年來(lái)，由于廢水處理成本和污水量的提高，開(kāi)發(fā)新型廉價(jià)的材料是廢水處理的重點(diǎn)。天然材料是價(jià)格低廉，來(lái)源廣，或者無(wú)用的廢棄物。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者致力于將一些新型、廉價(jià)的吸附材料應(yīng)用于去除廢水中的重金屬，研究表明花生殼，木屑、人工濕地、藻類(lèi)、改性膨潤(rùn)土、麥草、玉米軸穗、玉米莖桿、稻殼、大麥殼、碎木片、棕桐果枝、鋸屑、樹(shù)皮、樹(shù)葉、香蕉木髓、蔗渣木髓、水生植物等廉價(jià)吸附劑去除電鍍廢水中的重金屬是有效的。并且利用了生活中的廢棄物，達(dá)到了以廢治廢的效果。

1·電鍍廢水處理的常用方法

電鍍廢水成分復(fù)雜，處理技術(shù)也是多種多樣，總的來(lái)講可分為四類(lèi)：化學(xué)法、物理法、物理化學(xué)法、生化法。20世紀(jì)80年代以多元組合技術(shù)為主。目前以成本比較低、技術(shù)比較成熟的化學(xué)法為主，同時(shí)適當(dāng)輔以其他的處理方法。

2·天然材料處理電鍍廢水的原理

國(guó)內(nèi)外采用物理法、化學(xué)法、生物處理法治理電鍍廢水的方法很多，但存在耗量大,成本較高及再生會(huì)產(chǎn)生二次污染等缺陷。利用天然材料通過(guò)吸附、降解、絮凝、沉降等物理或物化法有效地去除電鍍廢水中的多種金屬離子的方法越來(lái)越受到關(guān)注，此法操作簡(jiǎn)單可靠，投資少，運(yùn)行成本較低。改性花生殼、木屑、椰子殼等天然材料具有很大的比表面積，能夠有效地吸附廢水懸浮性物質(zhì)和有機(jī)物，絮凝、沉淀繼而除去；濕地植物的根和莖葉能夠吸收、富集、降解電鍍廢水中Cr、Zn、Fe、Mn、Ni和Cu等重金屬，進(jìn)而使電鍍廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。類(lèi)似的天然材料還有藻類(lèi)、改性膨潤(rùn)土、麥草、玉米軸穗、玉米莖桿、稻殼、大麥殼、碎木片、棕桐果枝、鋸屑、樹(shù)皮、樹(shù)葉、香蕉木髓、蔗渣木髓、水生植物等。這些天然材料是生活、工業(yè)中的廢棄物,大部分當(dāng)作燃料或廢渣棄去,造成自然資源的極大浪費(fèi),回收利用不僅節(jié)能環(huán)保而且可達(dá)到以廢制廢的效果。近年來(lái),將天然材料用于其他廢水處理方面的研究也有報(bào)道。

3·天然材料處理電鍍廢水的應(yīng)用情況

3.1利用木屑處理電鍍廢水

木屑是來(lái)源于木材加工行業(yè)易得的廢棄物，其對(duì)廢水中的重金屬有很好的吸附作用。

聶錦霞以廢棄物松樹(shù)木屑作為吸附劑，進(jìn)行了吸附去降某電鍍廢水中Zn2+及CODcr的試驗(yàn)。研究了溶液pH值、溫度、攪拌速度、溶液初始Zn2+及CODcr濃度、固液比等因素對(duì)吸附劑去降Zn2+及CODcr的影響，并進(jìn)行了固體吸附解吸實(shí)驗(yàn)的研究。結(jié)果表明溶液在pH=9、反應(yīng)溫度25℃、木屑加入量30g/L時(shí)，松樹(shù)木屑對(duì)電鍍廢水中Zn2+及CODcr均具有高效吸附去降能力。說(shuō)明木屑不需改性其吸附效率非常高。而且在這一pH值下，色度＜5，濾液無(wú)色透明，符合第二類(lèi)污染物最高允許排放標(biāo)準(zhǔn)。

周雋等以廢棄物木屑和花生殼作為吸附劑,進(jìn)行了吸附去除水中Cr3+的試驗(yàn)。研究了溶液pH值、初始Cr3+濃度以及溫度等因素對(duì)這2種吸附劑去除Cr3+作用的影響,對(duì)吸附曲線作了線性擬合，確定了相應(yīng)的平衡吸附率，在Cr3+初始濃度為1、5、10和20mg/L時(shí),木屑對(duì)Cr3+的平衡吸附率為81%、68%、56%和40%，花生殼依次為77%、63%、53%和42%。

3.2利用花生殼處理電鍍廢水

花生殼中含有大量碳水化合物及粗纖維,還有單寧類(lèi)化合物它是一類(lèi)多酚化合物，具有多個(gè)酚羥基，能夠和許多金屬離子發(fā)生較強(qiáng)的配位作用，形成穩(wěn)定的五元環(huán)結(jié)構(gòu),因此是極為有效的離子交換物質(zhì)，容易與重金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)，以達(dá)到沉淀重金屬離子的目的。

谷亞昕利用花生殼洗凈、烘干、破碎得到花生殼粉，研究了以花生殼粉為主要原料，對(duì)含Cd2+、Pb2+的模擬廢水進(jìn)行了吸附試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，pH值、廢水中Cd2+及Pb2+的初始濃度、吸附時(shí)間等因素，均能影響花生殼粉對(duì)Cd2+、Pb2+的吸附效果。在Cd2+、Pb2+初始濃度均為30mg/L、pH=6、攪拌2h、花生殼粉的投加量為0.25g的條件下，Cd2+、Pb2+的去除率分別達(dá)到92.2％和90.0％。

唐志華等利用處理好的花生殼粉50g置于250mL圓底燒瓶中，加入一定量酸性甲醛溶液（甲醛與硫酸的比例為1:5（V／V），硫酸濃度：0.1mol／L；甲醛濃度：37％；），置80℃的水浴鍋中加熱回流3h后，將花生殼粉進(jìn)行抽濾去除溶劑，殘留粉渣用蒸餾水洗至pH值＞5，最后在50℃下烘3h即可得到改性處理后的花生殼。并進(jìn)行了采用改性花生殼處理廢水中的重金屬。其利用離子交換的原理，考察了反應(yīng)時(shí)間、處理劑加入量、pH值及反應(yīng)溫度對(duì)酸性廢水中重金屬離子吸附性能的影響。結(jié)果表明，用酸性甲醛溶液對(duì)花生殼進(jìn)行適當(dāng)改性，改性產(chǎn)物用來(lái)去除水中的重金屬離子是可行的。處理重金屬?gòu)U水時(shí)，較佳的工藝條件為：控制pH=7，每100mL廢水中加入2.5g改性花生殼，在40℃下，攪拌反應(yīng)60min。在此條件下，捕集率可達(dá)90％以上。

李山以花生殼為原料、HNO3為改性劑，對(duì)花生殼進(jìn)行改性制備吸附劑，并研究了其吸附水中Pb2+的性能。結(jié)果表明，在2.0g花生殼中加入體積分?jǐn)?shù)為10%的HN03溶液25mL、控制溫度80℃、攪拌3h，得到改性的花生殼。用此改性花生殼吸附Pb2+的最佳條件為0.20g改性花生殼、97.5mg·L-1的Pb2+溶液25mL、pH=5.0、攪拌吸附60min，在此條件下吸附率可達(dá)97%；吸附后的花生殼用0.5mo·lL-1的HCl溶液再生，重復(fù)使用2次，對(duì)Pb2+的吸附率在92%以上；同時(shí)，比較了改性花生殼和未改性花生殼對(duì)Pb2+的吸附性能，未改性花生殼對(duì)Pb2+的吸附率為87%，改性花生殼對(duì)Pb2+的吸附率為96%。通過(guò)HN03對(duì)花生殼進(jìn)行改性制備吸附劑，制備方法簡(jiǎn)便，吸附性能得到提高，易再生、能重復(fù)使用，擴(kuò)大了吸附劑的原料來(lái)源，為花生殼的綜合利用提供了一條有效途徑。

3.3利用人工濕地處理電鍍廢水

濕地是分布于陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間具有獨(dú)特水文、土壤、植被與生物特征的生態(tài)系統(tǒng)。又可以分為天然濕地和人工濕地兩大類(lèi)。高拯民和李憲法認(rèn)為，濕地處理系統(tǒng)(表面流人工濕地)是將污水有效控制地投配到土壤中，經(jīng)常處于飽和狀態(tài)、生長(zhǎng)有像蘆葦、香蒲等沼澤水生植物的土地上，污水在沿一定方向流動(dòng)過(guò)程中在耐水植物和土壤聯(lián)合作用下得到凈化的一種土地處理系統(tǒng)。利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)污水凈化的一種新型污水生態(tài)處理工藝。

濕地填料的化學(xué)特性使它有很強(qiáng)的吸附和鰲合金屬離子能力。滯留在濕地填料中的重金屬離子，有些可以在濕地內(nèi)形成穩(wěn)定的金屬化合物沉淀，通過(guò)沉積作用逐漸轉(zhuǎn)移到填料層的底部得到去除。在金屬離子濃度較高時(shí)，植物同化對(duì)它的去除僅為1％左右，主要還是依靠土壤的吸附和沉淀的形式來(lái)去除的。李星等利用人工濕地植物對(duì)電鍍廢水的凈化和修復(fù)效果進(jìn)行了研究。通過(guò)在垂直流－水平潛流人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行采樣和分析，研究了垂直流濕地(一級(jí)濕地)中水葫蘆、稗草和水平潛流濕地(二級(jí)濕地)中蔗草、黃菖蒲、蘆葦、千屈菜、美人蕉等對(duì)金華市某電鍍廠經(jīng)預(yù)處理后排水中主要污染物Cr、Zn、Fe、Mn、Ni和Cu的處理能力。結(jié)果表明，60d后二級(jí)濕地中千屈菜、藤草、美人蕉長(zhǎng)勢(shì)最好，黃莒蒲正常生長(zhǎng)，蘆葦幾乎停止生長(zhǎng)，而—級(jí)濕地中水葫蘆、稗草生長(zhǎng)較緩慢。植物對(duì)電鍍廢水的凈化和修復(fù)，因植物種類(lèi)、部位、生物量、重金屬種類(lèi)等而不同。一級(jí)濕地中水葫蘆對(duì)電鍍廢水的凈化和修復(fù)效果強(qiáng)于稗草，二級(jí)濕地中蔗草、美人蕉對(duì)電鍍廢水的凈化和修復(fù)效果最好。通過(guò)分析，二級(jí)濕地植物優(yōu)勢(shì)明顯，其中蔗草、美人蕉、黃菖蒲、千屈菜是值得推薦的修復(fù)中低濃度電鍍廢水優(yōu)勢(shì)種，在人工濕地系統(tǒng)污染物負(fù)荷較高的一級(jí)濕地中，應(yīng)盡可能選用多種抗逆性強(qiáng)的濕地植物品種組合栽植。

3.4利用藻類(lèi)處理電鍍廢水

由于藻類(lèi)吸附表面積大，吸附容量大，并具有良好的選擇性。其對(duì)重金屬具有很強(qiáng)的吸附和富集作用，可在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到吸附平衡。并其原料廉價(jià)易得，可篩選適宜的藻類(lèi)作為吸附劑的生產(chǎn)原料，在適宜的條件下進(jìn)行人工培養(yǎng)。既適合于含低濃度金屬離子的水體，又適合于含高濃度金屬離子的水體，不產(chǎn)生二次污染。所以藻類(lèi)細(xì)胞是極佳金屬吸附材料。

駱巧琦等利用正交實(shí)驗(yàn)分析溫度、金屬濃度等因素對(duì)3種藻粉（小球藻粉、螺旋藻粉、海帶粉）吸附電鍍廢水中重金屬（Pb2+、Cu2+、Zn2+）的影響，同時(shí)比較活藻和藻粉對(duì)重金屬的吸附量。研究結(jié)果表明：藻粉和活藻對(duì)3種重金屬的吸附量順序均為Pb2+>Cu2+>Zn2+，3種藻粉在溫度為40℃，濃度為6mmol/L時(shí)均達(dá)到最大吸附量，每種藻粉對(duì)金屬的吸附量與重金屬溶液濃度呈正相關(guān)。死藻對(duì)重金屬的吸附量明顯大于活藻，死藻在工業(yè)上運(yùn)用更具優(yōu)勢(shì)。

3.5利用天然石類(lèi)處理電鍍廢水

蛭石是屬于2：1型層狀硅酸鹽一類(lèi)的天然黏土礦物，具有很高的酌隰離子交換容量和吸附性能，可通過(guò)離子交換和吸附，去除水溶液中的有害金屬元素。蛭石主要是由金云母-蛭石的1：1規(guī)則疑層礦物組成，開(kāi)采焉未經(jīng)提純的稱(chēng)為工業(yè)蛭石。張寶述采用工業(yè)蛭石在處理含Cu2+2.044mg/L、Zn2+2.933mg/L混合電鍍廢水，并通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)分析對(duì)比了處理效果。結(jié)果表明，當(dāng)電鍍廢水溶液的pH=7.5、Na型蛭石樣品用量為0.2000g(固液比l：250)、處理30min，對(duì)廢水中Cu2+的去除率為100％、對(duì)Zn2+的去除率達(dá)97.65％；蛭石用于處理Cu2+、Zn2+廢水是可行的。蛭石經(jīng)Na化改型處理后，可提高吸附效果。累托石是一種規(guī)則間層黏土礦物，天然產(chǎn)出的累托石樣品，大多呈土狀、皮殼狀、細(xì)片狀、席草狀，質(zhì)地松軟，有滑膩感，遇水膨脹，解離或成泥糊狀，粒度一般<5μm，累托石耐高溫，耐熱度達(dá)1660℃，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。具有良好的親水性、分散性和膨脹性。改性累托石是取烘干的鈉土30g，加入1000mL水，調(diào)節(jié)pH值至4左右，滴加Al3+交聯(lián)劑150mL,攪拌一段時(shí)間后陳化24h，過(guò)濾、烘干，得Al-交聯(lián)累托石。羅道成等采用改性累托石處理含Ni2+32.6mg/L,pH=5.80的電鍍廢水。試驗(yàn)在靜態(tài)條件下，對(duì)改性累托石處理含鎳電鍍廢水進(jìn)行了試驗(yàn)，探討了改性累托石的用量、廢水酸度、接觸時(shí)間、溫度及陰離子濃度對(duì)除鎳效果的影響。結(jié)果表明，在廢水pH值4.0~7.0、鎳濃度0~100mg/L范圍內(nèi)，按鎳與改性累托石質(zhì)量比為1/20投加進(jìn)行處理，鎳去除率可達(dá)98%以上，且處理后廢水接近中性。含鎳電鍍廢水經(jīng)改性累托石處理后，鎳含量顯著低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

4·天然材料處理電鍍廢水的優(yōu)點(diǎn)

我國(guó)有資源豐富的農(nóng)業(yè)廢棄物一花生殼、稻谷殼，林業(yè)廢棄物一木屑、樹(shù)皮等。原材料幾乎不需要成本,加工簡(jiǎn)單,因此相比傳統(tǒng)的化學(xué)、物化處理方法具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和市場(chǎng)潛力。

經(jīng)改性后的花生殼粉處理過(guò)的含重金屬?gòu)U水，顏色基本沒(méi)有發(fā)生改變，說(shuō)明通過(guò)改性避免了由于花生殼水溶性有機(jī)色素溶解造成二次污染，通過(guò)改性，即阻斷了有色物質(zhì)的流出，又保持了花生殼的有效成分，提高了化學(xué)穩(wěn)定性。利用木屑和花生殼吸附處理含鉻廢水，其工藝簡(jiǎn)單、去除效果較好，且吸附了Cr3+的木屑和花生殼可用于制備輕質(zhì)磚[8]。花生殼殘?jiān)姐t(Ⅵ)的性能穩(wěn)定，不用再生即可利用多次吸附回收鉻(Ⅵ)，操作簡(jiǎn)單，對(duì)含鉻廢水的處理有廣闊的應(yīng)用前景。

用花生殼等天然材料吸附電鍍廢水中的重金屬離子，不僅實(shí)現(xiàn)了在環(huán)境保護(hù)方面的價(jià)值,變廢為寶，而且為農(nóng)業(yè)廢棄物開(kāi)發(fā)利用開(kāi)辟了新的途徑，具有廣闊的前景。

5·結(jié)語(yǔ)

用天然材料等吸附劑處理廢水是一種“以廢治廢”的思路，可大大降低廢水的處理費(fèi)用。由于原料豐富，價(jià)格便宜，制備工藝簡(jiǎn)單，使用方便，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。是循環(huán)經(jīng)濟(jì)和清潔生產(chǎn)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的一種典型模式，應(yīng)該加強(qiáng)其在環(huán)境保護(hù)各產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用研究。

但是，天然材料直接用于電鍍廢水的處理雖然具有一定的效果，但是處理深度不足，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)天然材料進(jìn)行簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效的預(yù)處理，通過(guò)天然材料的改性，使天然材料的吸附性能，絮凝能力，機(jī)械強(qiáng)度等得到改善和加強(qiáng)，進(jìn)而達(dá)到理想的處理效果；因此在進(jìn)一步探討天然材料處理廢水的機(jī)理的基礎(chǔ)上，尋求合適的天然材料，采取經(jīng)濟(jì)有效的改性方法，尋求與之相適應(yīng)的吸附工藝和配套水處理工藝將是該技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。

目前我國(guó)電鍍廢水的治理任務(wù)還很大，應(yīng)以循環(huán)利用為前提，以清潔生產(chǎn)為目的，以廢治廢為根本出發(fā)點(diǎn)，尋求來(lái)源廣，處理效果好的天然材料，通過(guò)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的改性，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。

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