中圖分類號(hào):X 7　　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A　　　　文章編號(hào):1000-4742(2011)02-0001-04　
       前言
　　電鍍是當(dāng)今世界三大污染工業(yè)之一[1-2]。電鍍廢水成分復(fù)雜,其處理過(guò)程可分為三個(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)。目前,大多數(shù)種類的電鍍廢水都已有了比較有效的處理方法[3]。為了有效、深度、廉價(jià)處理電鍍廢水,常規(guī)單一的處理方法已不能滿足要求,多元化新型處理技術(shù)越來(lái)越受到重視[4-5]。
　　天然植物材料是大量存在且基本或完全失去使用價(jià)值、無(wú)法回收利用的排放物,同樣也是環(huán)境污染物,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者致力于將其應(yīng)用于去除廢水中的重金屬。研究表明:利用花生殼、木屑、人工濕地、藻類、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[6]。
　　1、處理電鍍廢水的常用方法
　　電鍍廢水成分復(fù)雜,處理技術(shù)也是多種多樣,總的來(lái)講可分為化學(xué)法、物理法、物理化學(xué)法和生化法等。上世紀(jì)80年代以多元組合技術(shù)為主[7];目前以成本較低、技術(shù)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。
　　化學(xué)法是目前最常用的處理電鍍廢水的方法。通過(guò)向水體中投加一定的化學(xué)藥劑,從而改變水體中污染物的性質(zhì),使其與水體分離或達(dá)到無(wú)害化的目的。化學(xué)法主要包括:化學(xué)沉淀法、化學(xué)還原法、化學(xué)氧化法、鐵氧體法及中和法等。
　　物理法是利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物,被處理物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不改變,該法處理?xiàng)l件溫和,操作安全,深度凈化的處理水可以回用。物理法主要包括:蒸發(fā)濃縮、晶析及分離等。
　　物理化學(xué)法是通過(guò)物理和化學(xué)的綜合作用,使廢水得到凈化。常用的物理化學(xué)法有:離子交換法、電解法、活性炭吸附、斜發(fā)沸石吸附法、麥飯石吸附法等。
　　生化法主要是利用微生物的生命活動(dòng)過(guò)程,對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化作用,從而使廢水得到凈化的方法,是用生物來(lái)治理電鍍廢水的高新技術(shù)。活性炭-生物膜法是將活性炭的富集作用和生物膜的降解作用相結(jié)合,有望成為處理含氰廢水較有前途的方法之一[8]。
　　2、天然植物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、生物法治理電鍍廢水的研究很多,但這些方法存在耗量大、成本較高及再生會(huì)產(chǎn)生二次污染等缺陷。利用天然植物材料通過(guò)吸附、降解、絮凝、沉降等物理或物化法能有效地去除電鍍廢水中的多種金屬離子。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、椰子殼等天然植物材料具有很大的比表面積,能夠有效地吸附廢水中的懸浮物和有機(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、降解電鍍廢水中的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)。類似天然植物材料還有藻類、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。這些天然植物材料是生活、工業(yè)中的廢棄物,大部分被當(dāng)作燃料或廢渣棄去,造成自然資源的極大浪費(fèi)?；厥绽貌粌H節(jié)能環(huán)保,而且達(dá)到以廢治廢的效果。近年來(lái),將天然植物材料用于其他廢水處理方面的研究也有報(bào)道[9-11]。
　　3、天然植物材料處理電鍍廢水的應(yīng)用情況
　　3.1　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,還有單寧類化合物[12]。它是一類多酚化合物,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[13]將花生殼洗凈、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+廢水進(jìn)行了吸附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:pH值、廢水中Cd2+及Pb2+的質(zhì)量濃度、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+的質(zhì)量濃度均為30 mg/L,pH值為6,攪拌2 h,花生殼粉的質(zhì)量為0.25 g的條件下,Cd2+,Pb2+的去除率分別達(dá)到92.2 %和90.0 %。
　　唐志華等[14]將處理好的花生殼粉50 g置于250 mL的圓底燒瓶中,加入一定量的酸性甲醛溶液(甲醛與硫酸的體積比為1∶5,硫酸的濃度為0.1 mol/L,甲醛的體積分?jǐn)?shù)為37 %),置于80℃的水浴鍋中加熱回流3 h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3 h,即得到改性處理的花生殼。采用改性花生殼處理廢水中的重金屬,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,并將改性產(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值為7,在每100mL廢水中加入2.5 g改性花生殼,在40℃下攪拌60 min。在此條件下,去除率可達(dá)90 %以上。
　　李山[15]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2.0 g花生殼中加入體積分?jǐn)?shù)為10 %的HNO3溶液25 mL,溫度控制在80℃,攪拌3 h,得到改性的花生殼。用改性花生殼吸附Pb2+的最佳條件為:改性花生殼0.2 g,含有質(zhì)量濃度為97.5 mg/L的Pb2+的溶液25 mL,pH值5.0,攪拌60 min。在此條件下,去除率可達(dá)97 %;吸附后的花生殼用0.5 mol/L的HCl溶液再生,重復(fù)使用2次,對(duì)Pb2+的去除率在92 %以上;相比于未改性花生殼對(duì)Pb2+的去除率(87 %),有明顯提升。通過(guò)HNO3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。
　　3.2　利用木屑處理電鍍廢水
　　木屑是來(lái)源于木材加工行業(yè)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[16]以廢棄物松樹(shù)木屑作為吸附劑,吸附電鍍廢水中Zn2+及CODCr。研究了溶液的pH值、溫度、攪拌速率、Zn2+及CODCr的初始濃度、固液比等因素對(duì)吸附劑吸附Zn2+及CODCr的影響。結(jié)果表明:在pH值為9,反應(yīng)溫度為25℃,木屑的質(zhì)量濃度為30 g/L時(shí),對(duì)電鍍廢水中Zn2+及CODCr均具有高效吸附能力。說(shuō)明木屑的吸附效率很高,而且在這一pH值下,色度<5,濾液無(wú)色透明,符合第二類污染物最高允許排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　周雋等[9]以木屑和花生殼作為吸附劑,進(jìn)行了吸附去除水中三價(jià)鉻的實(shí)驗(yàn)。研究了溶液的pH值、三價(jià)鉻的初始濃度及溫度等對(duì)這2種吸附劑去除三價(jià)鉻作用的影響。對(duì)吸附曲線作了線性擬合,確定了相應(yīng)的平衡吸附率;在三價(jià)鉻的初始質(zhì)量濃度為1,5,10和20 mg/L時(shí),木屑對(duì)其的平衡吸附率分別為81 %,68 %,56 %和40 %;花生殼則依次為77 %,63 %,53 %和42 %。
　　3.3　利用藻類處理電鍍廢水
　　藻類吸附面積大,且具有良好的選擇性,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。其原料廉價(jià)易得,可篩選適宜的藻類作為吸附劑的生產(chǎn)原料,在適宜的條件下進(jìn)行人工培養(yǎng)。其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。所以藻類細(xì)胞是極佳的金屬吸附材料。
　　駱巧琦等[17]利用正交實(shí)驗(yàn)分析了溫度和重金屬離子的濃度等對(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離子(Pb2+,Cu2+,Zn2+)的影響,同時(shí)比較了活藻和藻粉對(duì)重金屬離子的吸附。結(jié)果表明:藻粉和活藻對(duì)3種重金屬離子的去除吸附順序?yàn)镻b2+>Cu2+>Zn2+;3種藻粉在溫度為40℃,重金屬離子的濃度為6 mmol/L時(shí),均達(dá)到最大吸附率,每種藻粉對(duì)重金屬離子的吸附率與重金屬離子的濃度呈正相關(guān)。死藻對(duì)重金屬離子的吸附率明顯大于活藻的,所以死藻在工業(yè)上運(yùn)用更具優(yōu)勢(shì)。
　　3.4　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)[18],又可以分為天然濕地和人工濕地兩大類。高拯民和李憲法[19]認(rèn)為,濕地處理系統(tǒng)是將污水有效地投配到土壤經(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)。該方法是利用自然生態(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的能力。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。
　　當(dāng)金屬離子的濃度較高時(shí),植物同化對(duì)它的去除率僅為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[20]。李星等[21]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)對(duì)垂直流和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)處理后的含Cr,Zn,Fe,Mn,Ni和Cu的電鍍廢水的處理能力。結(jié)果表明:60天后二級(jí)濕地中千屈菜、蔗草、美人蕉長(zhǎng)勢(shì)最好,黃菖蒲正常生長(zhǎng),蘆葦幾乎停止生長(zhǎng);而一級(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、部位、生物量、重金屬種類等而不同。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)中低濃度電鍍廢水的優(yōu)良品種,在污染物負(fù)荷較高的一級(jí)濕地,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。
　　4、結(jié)語(yǔ)
　　用天然植物材料等吸附劑處理廢水可大大降低廢水的處理成本。由于原料豐富、價(jià)格便宜、制備工藝簡(jiǎn)單、使用方便,使得該方法具有明顯的經(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。
　　天然植物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)天然植物材料進(jìn)行簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效的預(yù)處理,通過(guò)對(duì)天然植物材料的改性,使天然植物材料的吸附性能、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)一步探討天然植物材料處理廢水機(jī)理的基礎(chǔ)上,尋求合適的天然植物材料,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)。
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