（环境科学专业论文）甘蔗渣吸附废水中Cdlt2gt和Crlt3gt的研究.pdf

两南大学硕十学位论文 c r 3 + 的等温吸附行为均可用l a n g m u i r 模型来描述，决定系数在o 9 9 左右。原渣对c d 2 + 、 c r 3 + 的最大吸附量分别为4 8 8m g g 和6 3 3m g g ：改性渣对c d 2 + 、c i r 3 + 的最大吸附量分 别为1 2 3 8m g g 和2 3 9 2m g g 。通过改性反应，甘蔗渣对这两种离子的吸附能力有了明 显的提高。 3 废水中n a + 、e a 2 + 、k + 、m 9 2 + 的不同浓度组合对c d 2 + 的吸附都有一定的促进作用。 废水中c a 2 + 的存在对c r 3 + 的吸附有较大的抑制作用。废水中c r 3 + 、c j + 共存时，原渣和 改性渣都优先吸附c ，对c d 2 + 的吸附量明显降低；c d 2 + 的存在对c r 3 + 的吸附没有明显 的影响。 4 h c l 、h n 0 3 都能较好地洗脱吸附在原渣上的c d 2 + ，洗脱率在9 8 以上；但对改 性渣上的c d 2 + 洗脱效果不好。h c l 、h n 0 3 对两种吸附剂上的c r 3 + 洗脱效果不好，洗脱 率均在1 5 以下。 5 通过对甘蔗渣改性前后、吸附重金属离子前后的红外光谱分析，推断出两种吸附 剂吸附金属离子的机理不同：原渣吸附c d 2 + 和c r 3 + 起重要作用的基团是o h ，而改性渣 为n h 、c n 和c = o 等含氮、氧的官能团。 关键词：甘蔗渣；改性；生物吸附；c r 3 + ；c d 2 + a b s t r a c t i n v e s t i g a t i o no ft h ea d s o r p t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f t h e b a g a s s e st oc d 2 十a n dc r 3 + e n v i r o n m e n t a ls c i e n c ec a n d i d a t e ：x io n gba il ia n s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gj i n z h o n g a b s t r a c t h e a v ym e t a li sak i n dp o l l u t a n tw i t hh i 曲t o x i c i t yi ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n t s o m ed i s s o l v e dh e a v y m e t a li o n sc a nb ee n r i c h e di na q u a t i cf o o dc h a i n s ，e n t e ri n t oh u m a nb o d i e st h r o u g ha q u a t i cp r o d u c t s ，a n d t h u sb r i n g sa b o u ts e r i o u sp o i s o n i n gt oh u m a nb e i n g s u pt on o w ，s o m em e t h o d si n c l u d i n gc h e m i c a l p r e c i p i t a t i o n ，o x i d a t i o n r e d u c t i o n ，i o ne x c h a n g e ，e l e c t r o l y s i sa n dm e m b r a n ed i l t r a t i o n ，a r eu s e dt or e m o v e h e a v ym e t a li o n si nw a t e r h o w e v e r ，t h e s em e t h o d sh a v es o m ed i s a d v a n t a g e s ，s u c ha sh i l g hm i m i n gc o s t ， c u m b e r s o m eo p e r a t i o n ，a n de a s yt oc a u s es e c o n d a r yp o l l u t i o n o nt h e ro t h e rh a n d ，t h e ya r em a i n l yu s e dt o r e m o v eh e a v ym e t a li o n sw i t hh i g hc o n c e n t r a t i o ni nw a s t ew a t e r t h et r e a t m e n te f f i c i e n c yi sv e r yl o w w h e nt h e s em e t h o sa r eu s e dt or e m o v eh e a v ym e t a li o n sw i t hl o wc o n c e n t r a t i o ni nw a s t ew a t e r r e c e n t l y ， t h eb i o l o g i c a la d s o r p t i o nm e t h o da t t r a c t sm a n ys c i e n t i s t s c o n c e r no w i n gt oi t sh i 曲e f f i c i e n c ya n d e n v i r o n m e n t a l f r i e n d l y i nt h i st h e s i s ，t h eb a g a s s ea n dm o d i f i e db a g a s s ew h i c hw a sm o d i f i e dw i t hu r e au n d e rt h em i c r o w a v e i r r a d i a t i o nw e r eu s e dt oa d s o r b e n t st oa d s o r bc d 2 + a n dc pw i t hl o wc o n c e n t r a t i o ni nw a t ew a t e rb yu s i n g s t a t i cs h a k i n ge x p e r i m e n t t h ea d s o r p t i o nc o n d i t i o n sw e r e o p t i m i z e d ，a n dt h ee f f e c t so ff o u ri n o r g a n i cs a l t s i n c l u d i n gn a c i ，c a c l 2 ，k c la n dm g c l 2o na d s o r p t i o nw e r ea l s oe x a m i n e d a d s o r p t i o nt h e r m o d y n a m i c s a n dk i n e t i c sc h a r a c t e r i s t i c so fb a g a s s e st oc d 2 + a n dc r 3 + a n dc o m p e t i t i v ea d s o r p t i o ni n i t i a lp h ，i n i t i a lm e t a l i o nc o n c e n t r a t i o n ，t h ea d s o r b i n gt i m e ，s o l i d l i q u i dr a t i oa n dd e s o r p t i o nc h a r a c t e r i s t i cw e r eo b t a i n e d e f f e c t o ft h ec o n c e n t r a t i o no fe l u a n t s ( h n 0 3a n dh c i ) o nd e s o r p t i o nc a p a b i l i t y t h eb a g a s s e sb e f o r ea n da f t e r m o d i f i c a t i o na n db e f o r ea n da f t e r a d s o r p t i o nw e r ec h a r a c t e r i s e db yu s i n gi n f r a r e ds p e c t r o p h o t o m e t r i c a n a l y s i s t h ea c h i e v e m e n t sw e r eo b t a i n e da sf o l l o w s 1 t h eo p t i m a lp hw a s6w h e nt h eo r i g i n a lb a g a s s ea n dt h em o d i f i e db a g a s s ew e r eu s e dt oa d s o r b c d 2 + ，a n dt h eo p t i m a lp hw a s4w h e nt h e yw e r eu s e dt oa d s o r bc r ”e f f e c to ft e m p e r a t i r eo na d s o r p t i o n w a sn o tp r o m i n e n t t h ea d s o r p t i o nr a t e sw e r eb o t hh i g hw h e nt h et w oa d s o r b e n t sw e r eu s e dt oa d s o r bt h e t w oh e a v ym e t a li o n s t h ea d s o r p t i o nr a t i oe x c e e d e d6 0 a t5m i n ，t h ea d s o r p t i o ne q u i l i b r i u mt i m eo ft h e i i i 两南大学硕十学何论文 t w oa d s o r b e n t st oc d 2 + w a s2h w h i l ec a 1 2ht oc r 3 + w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fc d ”w a sl o w , t h e a d s o r p t i o na m o u n to ft h eo r i g i n a lb a g a s s et oc d pi n c r e a s e dw i t ht h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o n w h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fc d 2 + w a s8 3m g l ，t h ea d s o r p t i o na m o u n tw a s4 7 9m g g 一i nt h er a n g eo ft h eo r i g i n a l c o n c e n t r a t i o no ft h et w oh e a v ym e t a li o n s ，t h ea d s o r p t i o na m o u n t so ft h em o d i f i e db a g a s s et oc d 2 + a n dt h e o r i g i n a la n dm o d i f i e db a g a s s et oc ，+ b o t hi n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gt h eo r i g i n a lc o n c e n t r a t i o no ft h et w o h e a v ym e t a li o n s ，t h ea d s o r p t i o n sd i d n tr e a c hs a t u r a t i o n 2 t h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r ss h o w e dt h a tt h ea d s o r p t i o np r o c e s s e so ft h et w oa d s o r b e n t st oc d 2 + w e r eb o t he x o t h e r m i cp h y s i c a la d s o r p t i o np r o c e s s e s t h ea d s o r p t i o np r o c e s so ft h eo r i g i n a lb a g a s s et oc r 3 + w a sa ne n d o t h e r m i cp h y s i c a la d s o r p t i o np r o c e s s ；t h ea d s o r p t i o np r o c e s so ft h em o d i f i e db a g a s s et oc r 3 + w a sa ne n d o t h e r m i ca d s o r p t i o np r o c e s sw i t ht h ep h y s i c a la n dc h e m i c a la d s o r p t i o ns i m u l t a n e o u s l y a l lo f t h ea d s o r p t i o np r o c e s s e sw e r es p o n t a n e o u sp r o c e s s e si nt h i ss t u d y b o t ho ft h ea d s o r p t i o np r o c e s s e so ft h e t w oa d s o r b e n t st oc d 2 + a n dc r 3 + c a l lb ed e s c r i b e db yt h es e c o n dk i n e t i ce q u a t i o n a n dt h ec o e f f i c i e n to f d e t e r m i n a t i o nw e r eo v e ro 9 9 t h ei s o t h e r m a la d s o r p t i o nb e h a v i o r so ft h e s ep r o c e s s e sc a nb ed e s c r i b e db y l a n g m u i rm o d e l ，a n dt h ec o e f f i c i e n to fd e t e r m i n a t i o nw e r ea b o u t0 9 9 t h em a x i m u ma d s o r p t i o na m o u n t s o fc d 2 + a n dc r 3 + b yt h eo r i g i n a lb a g a s s ew e r e4 8 8m g 分1a n d6 3 3m g 百1 ，w h i l e1 2 3 8m g 百1a n d2 3 9 2 m g 。g b yt h em o d i f i e db a g a s s e ，r e s p e c t i v e l y i tc a nb es e e nt h a tt h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yo ft h em o d i f i e d b a g a s s et ot h et w oh e a v ym e t a li o n sc a nb ei m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y 3 t h ec o m b i n a t i o no fn a + ，c a 2 + ，k + a n dm 9 2 + i nw a s t ew a t e rc a ni m p r o v et h ea d s o r p t i o no fc d 2 + c a l c i u mi o ni nw a s t ew a t e rc a ni n h i b i tt h ea d s o r p t i o no fc r 3 + 、m e nc d 2 + a n dc r 3 + c o e x i s ti nw a s t ew a t e r b o t ho ft h et o wa d s o r b e n t sa d s o r bc r + f i r s t ，a n dt h ea d s o r p t i o na m o u n to fc d 2 + d e c r e a s e ss i g n i f i c a n t l y n o o b v i o u si n f l u e n c eo nt h ea d s o r p t i o na m o u n to fc d 2 + c a nb ef o u n di nt h ep r e s e n c eo fc r 3 + ， 4 b o t ho fh c ia n dh n 0 3c a nw e l le l u t et h ea d o r b e dc d po nt h eo r i g i n a lb a g a s s e ，a n dt h ed e s o r p t i o n r a t i ow a sm o r et h a n9 8 h o w e v e r , t h ee l u t i o nr a t i ow a sv e r yl o wf o rt h ea d s o r b e dc d 2 + o nt h em o d i f i e d b a g a s s e ，a n dt h ed e s o r p t i o nr a t i ow a sl e s st h a n15 5 i tc a l lb ec o n c l u d e dt h a tt h ea d s o r p t i o nm e c h a n i s m so ft h et w oa d s o b e n t st ot h et w om e t a li o n sa r e q u i t ed i f f e r e n tb ya n a l y z i n gt h ei rs p e t r ao ft h eb a g a s s e sb e f o r ea n da f t e rm o d i f i c a t i o na n db e f o r ea n da f t e r a d s o r p t i o n h y d r o x yg r o u pp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ea d s o r p t i o no ft h eo r i g i n a lb a g a s s et oc d 2 a n d c r 3 + ，w h i l en h ，c n ，c = of o rt h em o d if i e db a g a s s e k e y w o r d s ：b a g a s s e ；m o d i f i c a t i o n ，b i o s o r p t i o n ；c r 3 + ；c d 2 + i v 独创性声明 学位论文题目：苴荩渣亟隘廑丞主堕：塑! ：的婴究 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者：蟹、巧磊喑、签字日期：渺妒；7 年月 曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密，口保密 期限至年月止) 。 学位论文作者签名：冶、乃和睛、 导师签名： 签字日期：o 汐。罗年多月， 日签字日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 式长趣忠 年月| 日 电话：( ) 邮编：一 保护知识产权声明 本人完全了解西南大学关于对研究生在本校攻读学位期间撰写论文知 识产权保护的规定。本人撰写的论文是在导师具体指导下，并得到相关研 究经费支持下完成的。具体数据和研究成果归属于导师和作者本人，知识 产权单位属西南大学。本人保证毕业后，以本论文数据和资料发表论文或 使用论文工作成果时，需征得导师同意，并署名第一单位仍然为西南大学。 论文作者签名：叠坠0 建堕 日 文献综述 第1 章文献综述 1 1 镉、铬废水的来源及危害 随着我国经济的迅速发展，各种工业部门向水体中排放的有毒重金属量日益增加， 已经对人民的生活和健康形成潜在的威胁。与有机污染物不同，重金属进入环境后不能 被细菌等微生物降解，一般难以去除；重金属能通过食物链传递并发生生物积累，某些 重金属在生物作用下还能转化为毒性更强的金属有机化合物。重金属除直接作用于人体 引起疾病外，某些重金属还可引起慢性中毒，其毒性甚至需要1 0 2 0 年后才能显示出来。 自2 0 世纪5 0 年代日本发生“水俣病”和“痛痛病”以来，重金属引起的环境污染问题就 引起了人们的广泛关注。 1 1 1 含镉废水的来源及危害 在自然界，镉通常以硫酸盐形式出现，并常与锌矿石和铅矿石伴生。镉的主要污染 来源有电镀、采矿、冶炼、染料、电池和化工等工业部门。在矿区和冶炼厂附近，由于 土壤中镉的积累，使得临近水域的局部地区镉浓度较高。镉化合物毒性很强，可对植物、 动物、微生物和人体产生强烈的毒害作用。含镉植物被食用后，通过呼吸道和消化道吸 收，转移到人的肝脏，与s h 结合成金属硫蛋白，经血液输送到肾脏并加以蓄积，使肾 脏等器官发生病变。当人体中的镉达到一定剂量后，就会导致各种疾病的发生，如高血 压、肾功能紊乱、肝损害和肺水肿等，甚至致癌( 1 】。日本的“痛痛病”就是因为当地居 民食用了含镉的稻米和饮用了含镉的水造成的。因此，水体中镉的浓度应受到严格控制， 最新国家生活饮用水卫生质量标准( g b5 7 4 9 2 0 0 6 ) 已将限量值从原来的0 0 1m g l 降 低到o 0 0 5m g l 。 1 1 2 含铬废水的来源及危害 2 叫 铬的工业来源主要是含铬矿石的加工、金属表面处理、皮革鞣制和印染等行业。制 革工业通常处理1 吨原皮，要排放含铬4 1 0m g l 的废水5 0 6 0 h o g 。铬在环境中主要以两种 价态存在，即c r ( i i i ) 和c r ( v d 。铬是人体必需的微量元素之一，c r ( i i i ) 是生物必需的微量 元素，有激活胰岛素的作用，可以增加对葡萄糖的利用。c r ( i i i ) 不易被消化道吸收，在 皮肤表层和蛋白质结合而形成稳定络合物，因此不易引起皮炎和铬疮。一般认为，c r ( m ) 在动物体内的肝、肾、脾和血中不易积累，而在肺内存量较多，因此对肺有一定的伤害， c r ( i i i ) 对抗凝血素也有抑制作用。c r ( v i ) 化合物对人体有害，在高浓度时具有明显的局 部刺激作用和腐蚀作用，并经胃肠道、呼吸道和皮肤吸收；在较低浓度时是常见的致敏 物质。进入人体内的铬主要积蓄在肝、肾、脾和骨骼内，严重时引起致癌作用。因此， 两南人学硕十学位论文 含铬废水被公认为当今最严重的公害之一，国家环保部早已把含铬废水列为治理的重 点，国家标准( g b5 7 4 9 2 0 0 6 ) 要求生活饮用水q b c r ( v i ) 的含量应低于o 0 5m g l 。 可见，c r ( v i ) 即使在低浓度下就具有很高的毒性，容易迁移，对环境危害大，而c r ( m ) 的毒性较弱。受水中p h 值、有机物、氧化还原物质、温度和硬度等条件影响，c r ( i i i ) $ 【l c r ( v i ) 化合物可以相互转化 2 1 。陈英旭等【4 】研究表明，土壤和沉积物中常见的锰氧化物对 c r ( i i i ) 有很强的氧化与催化氧化作用。氧化机理为：c r ( i i i ) 从溶液被吸附到m n 0 2 表面， 与表面的活性m n 4 + 反应，使c r ( i i i ) 失去电子被氧化为c r ( v i ) 然后c r ( v i ) 以阴离子形态从 表面释放到溶液中，反应方程式如下： 3 m n 0 2 + 2 c r ( o h ) 2 + + 2 h + _ 3 m n 2 + - i - 2 h c r 0 4 - + 2 h 2 0 3m n 0 2 + 2 c r ( o h ) 2 + 一3 m n 2 + + 2 h c r 0 4 1 2 常用的重金属废水处理技术 目前常用的废水处理方法主要有3 种。第一种是化学法，包括化学沉淀法、化学还 原法、电化学还原法和电解法等；第二种足物理化学法，包括吸附、溶剂萃取、离子交 换和膜分离技术等；第三种是生物化学法，包括生物絮凝、生物吸附和植物整治等。 当水中重金属浓度较高时，常用化学沉淀法和电解法去除。当使用沉淀法时，重金 属离子与沉淀剂形成难溶性化合物，如氢氧化物和硫化物，再通过过滤或离心分离，使 沉淀物从水中去除。由于受沉淀剂和环境条件的影响，出水浓度往往达不到要求，还需 作进一步处理，否则会造成二次污染。该法还存在流程长、操作繁琐、处理费用高、不 适合于去除废水中的痕量重金属等缺点。电解法利用金属的电化学性质，通过电解将金 属离子从相对高浓度的溶液中分离出来，然后回收利用。电解法主要用于电镀废水的处 理，该法的缺点是不适合处理较低浓度的重金属废水。 离子交换法是在离子交换器中进行，借助离子交换荆来完成，在交换器中装有不同 类型的交换剂( 离子交换树脂) 。含重金属的液体通过交换剂时，交换剂上的离子与水 中的重金属离子交换，达到去除重金属离子的目的。这个过程是可逆的，离子交换剂可 以再生利用。离子交换法是一种较为成熟的技术，其优点是操作简单，在一定的条件下 处理效果较好；缺点是离子交换树脂价格高，选择交换性能不好( 尤其是存在大量竞争 性离子时，如n a + 和c a 2 + ) 。活性炭吸附法t 叮用于重金属的吸附，但山于其价格昂贵， 不适合大规模处理重金属废水。这些传统方法的一个共同缺点是处理低于1 0 0m g l 的 重金属废水时，操作费用和材料成本相对过高，经济上不合算【5 】。 1 2 1 含铬废水的处理现状 含铬废水的治理方法很多，目前国内外普遍采用的处理方法有物理法和化学法。两 科，方法各有特点，但都具有一定的局限惟，如设备投资大、能耗和运行费用商j 或者不 2 文献综述 能回收利用废水中的铬，治理后的废水不易达到排放标准；或是产生大量的污泥，造成 二次污染等。 ( 1 ) 物理法 物理法处理含铬废水，通常有活性炭吸附法、液膜法和离子交换法等。 吸附法【6 1 活性炭比表面积大、空隙率高、吸附性能好，具有一定的还原能力，被广泛用于含 铬废水的处理，但由于其价格昂贵，不适合大规模废水的处理。 液膜澍7 】 液膜法是一种高效、快速、专一和能耗低的化学分离技术，也是很有发展前途的废 水处理方法。东北师范大学环保所对液膜法进行了较深入的研究，利用液膜净化含铬废 水，取得了较好的效果。但因液膜法运行费用高、操作复杂等缺点，限制了它的应用。 离子交换法【8 】 离子交换法是在铬以c r 2 0 7 2 - 形式存在时，将含铬废水经过阴离子交换树脂，通过树 脂的作用对阴离子进行交换吸附，从而去除铬，净化废水。离子交换法几乎可完全去除 废水中的微量铬，但是离子交换树脂价格较高，而且选择性不高，常因吸附了不必要处 理的物质造成树脂的浪费。 ( 2 ) 化学法 目前，含铬废水的化学处理法主要有还原沉淀法和钡盐法等。 还原沉淀法【9 】 还原沉淀法是指在废水中投加还原剂( j z l l n a 2 s 0 3 、n a h s 0 3 、f e s 0 4 和f e s 等) ，将 c ，还原成c i r 3 + ，再用碱调节p h 值，将c r 3 + 转化为c r ( o h ) 3 沉淀沉降下来，以达到去除铬 的目的，目前应用最多的为n a h s 0 3 法。一般来说，此法适用于小型厂家，具有试剂易 得、价格低廉、方法简单和处理效果好等优点。但其设施占地面积大、污泥产生量大、 出水色度高，还有待改进。 铁屑处理法【1 0 】 铁屑原料易得、便宜，处理含c r 6 + 的废水效果较好。该法处理含铬废水包括多种作 用：还原作用，由于铁屑中含杂质，它们与铁的电位不同，铁作为阳极而溶解，给出电 子成为f e 2 + ，电子转移到阴极区，在阴极表面被c r 2 0 7 2 。和h + 所接受，生成c r 3 + 和h 2 ，阳 极反应产生的f e 2 + 又可将c r 2 0 7 2 还原；凝聚作用，反应生成的f e ( o h ) 3 本身就是一种凝聚 剂，有利于c r ( o h ) 3 的沉降；中和作用，由于反应中消耗大量的酸，p h 值不断升高，使 f e ”呈f e ( o h ) 3 析出：吸附作用，经x 射线微量分析，自铁屑表面可见到吸附的金属。因 此，可认为铁粉具有吸附作用。但该法要消耗较多的酸，同时污泥产生量较大。 铁氧体法f 1 1 】 西南大学硕十学何论文 铁氧体法实际上是f e s o 。法的发展。向含铬废水中投加过量的f e s 0 4 ，此时作为强氧 化剂的c r 6 + 能将f e 2 + 氧化成f e 3 + ，而c r 6 + 同时被还原成c r 3 + ，然后加碱调节p h 值至8 9 ， 使f e ”与c r 3 + 发生共沉淀，再迅速加热、曝气，使沉淀物形成铁氧化体晶体而去除。铁 氧体是一种黑色尖晶石晶体，晶体呈立方体，是一种陶瓷性半导体，具有磁性。铁氧体 法处理含铬废水，能一次脱出多种离子，设备简单、操作方便。其缺点是不能单独回收 有用金属，消耗f e s o 。较多，且能耗高。 电解还原法【1 2 】 电解还原法处理含铬废水是利用铁作阳极。在电解过程中铁溶解生成f e 2 + ，在酸性 条件下，f e 2 + 将c r 6 + 还原成c r 3 + ，同时阳极析出氢气，使废水中p h 值上升，至中性时， f e 并n c r 3 + 都以氢氧化物沉淀析出，以达到净化废水的目的。电解还原法处理含铬废水 具有占地少、管理方便、效果好等优点，但由于极板腐蚀、钝化和损耗比较严重，造成 耗电多和处理效果不稳定等缺点，另外还存在钢板消耗量大、运行费用较高、沉渣综合 利用效果不明显等问题。 钡盐法【1 3 】 钡盐法主要是根据b a c l 2 、b a c 0 3 与b a c r 2 0 7 的溶度积不同，将b a c l 2 或b a c 0 3 加入含 铬废水中，生成b a c r 2 0 7 沉淀，达到去除废水中铬离子的目的。钡盐法处理量大、反应 速度快、设备简单，曾在我国上海、杭州和沈阳等大中城市广泛应用。缺点是占地面积 大、产生污泥多，尤其是含毒性较大的c r ( v i ) 污泥出路不易解决，存在二次污染的隐患。 因此，该方法逐渐被其它方法替代。 1 2 2 含镉废水的处理现状 目前，含镉废水处理的方法主要有化学法、物理化学法和生物法等。 化学法 化学法是通过化学作用和传质作用来分离、去除废水中的重金属离子或将其转化为 无害物质的方法，包括化学沉淀法、氧化还原法、铁氧体法和电解法等。目前，化学法 广泛应用于电镀废水、采矿冶炼废水的处理。国内外采用化学沉淀法处理含镉废水的应 用较多，特别适合于c d 2 + 浓度较高水体中镉的去除，如氢氧化物沉淀法【1 4 】、硫化物沉淀 法旧和铁氧体法【1 6 】等。姜述芹等【1 4 1 利用m g ( o h ) 2 处理含镉废水，研究表明在室温下， 当每升废水中加入m g ( o h ) 2 固体量为3 4g ，搅拌1 0m i n 的条件下，m g ( o h ) 2 可以处理 p h 为2 8 的酸性废水，吸附率一般可达9 8 以上。沉淀法虽能除去废水中的大部分c d 2 + ， 但却不能回收利用，沉淀渣还可能造成二次污染，对此也有待进一步解决。 物理化学法 在工业废水处理中，物理化学法占有重要的地位。它具有设备简单、管理方便、效 果稳定等特点。其巾吸附法是利用多孔件的固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附 4 文献综述 在固体表面而去除的方法。吸附法最常用的吸附剂是活性炭。处理氰化镀铜废水，在总 氰量小于1 0 0m g l 、含铜量小于5 0m g l 时，活性炭方法处理结果较好。杨秀红【1 。7 】等的 研究表明钠化改性膨润土对c d 2 + 有很好的吸附作用，可用于重金属污染土壤的治理。p h 值是影响吸附效果的一个重要因素。l a c i n t 喝】等研究了不同p h 值下天然膨润土吸附c d 2 + 的影响因素，包括吸附剂的质量、温度、转速和接触时间，吸附剂对c d 2 + 的最大吸附率 可达到9 6 8 4 。 生物法 长期的观察和研究发现，重金属能在活性污泥中富集。r u c h h o f t 1 9 l 最早提出用生物 法处理重金属废水，在利用活性污泥去除水中的放射性元素p u 时获得了很好的效果， 吸附率达到9 6 。进一步的研究中人们认识到许多生物材料，如细菌、真菌和藻类等微 生物可以积累水中的重金属离子。 生物吸附是指利用生物材料的吸附作用来处理污染物( 包括金属离子) 的方法。生 物材料富集重金属的方式通过两种不同的机制进行，分为主动富集和被动富集。主动富 集是生物体通过新陈代谢富集重金属，需要能量，这个过程称为生物积累。被动富集不 仅能发生在活生物体细胞表面，还能在死生物体细胞表面进行。习惯上把这两种机制笼 统地称为生物吸附，并把生物体对重金属的吸附划分成3 种类型，即细胞表面的结合、 细胞内部的积累和细胞外部的积累。由于在处理重金属废水的有效性和经济性上的可行 性，生物吸附法向传统方法提出了挑战。 2 0 世纪8 0 年代，生物法就开始应用于实际废水中重金属的处理。目前国内外已有 人用藻类【2 0 】和细菌【2 l 】等生物吸附剂来处理含镉废水，均取得了较好的效果。生物吸附技 术主要的优点在于能有效地将废水中的重金属离子降到非常低的浓度，尤其适合处理较 低浓度的重金属废水。微生物能去除重金属离子，主要是因为微生物可以把重金属离子 吸附到表面，通过细胞膜将其运输到体内积累，从而达到去除重金属的效果。尹平河等 【2 0 】用几种大型海藻作吸附剂处理废水中的c d 2 十，研究表明海藻的最大吸附容量在0 8 1 6 m m o l g ( 干重) 之间，吸附速度较快，在1 0m i n 内c d 2 + 的吸附率可达到9 0 。生物吸 附重金属后需要脱附再生才可再次使用，脱附是回收贵重金属的重要途径。 l - 3 甘蔗渣处理重金属废水的研究进展 甘蔗是光合能力最强的c 4 作物，也是迄今栽培的生物量最高的大田作物，可作为生 产燃料酒精和蔗糖的原料，制糖工业可产生大量的纤维性废渣。中国是世界十大产糖国 之，2 0 0 3 2 0 0 4 年生产蔗糖超过9 0 0 万t ，同期留下的蔗渣达2 5 0 0 万t ，而全世界甘蔗渣 的总产量大约为2 3 4 亿t 。目前，有近5 0 的甘蔗渣被用作锅炉燃料，其余作为固体废弃 物处理【2 2 1 ，资源浪费严重。甘蔗渣来源广、易得，利用它处理重金属废水可变废为宝， 符合循环经济的发展战略，因此具有广阔的发展前景。 5 两南大学硕十学何论文 1 3 1 研究现状 甘蔗原渣、化学处理后的蔗渣和蔗渣衍生产品( 焚烧后的飞灰和蔗渣制备的活性炭) 都可用于捕集废水中的重金属离子。表1 1 列出了甘蔗渣及其相关产品处理重金属废水 的研究。 表1 - l 甘蔗渣及其相关产品处理重金属废水的研究 t a b l e1 - ls o m es t u d i e so i lt h et r e a t m e n to fw a s t e w a t e ri n c l u d i n gh e a v ym e t a l sw i t hb a g a s s e sa n dr e l a t e d 攀墼蜒堕一一 一一 吸附剂处理方法被捕集的金属 最大吸附率吸附量 最佳p h 文献 原渣研碎、水洗 cd(1i)85 62 3 研碎、水洗 c r ( v 0 9 2 22 4 研碎、水洗 n i ( 1 1 1 8 7 1 6 7 52 5 研碎、水洗 n i ( 1 1 )9048 2 6 c r ( v i ) 9 1 6 处理后蔗渣超声波并与下列物质反应 i 琥珀酸酣 i i 马来酸酣反应 微波照射并与下列物质反应 i t h i i i i 脏a i i i m e l i v p e i v e d v i j d e t v i i d a v i i i g c n 用d m d h e u 改件 用c c 改性 d m d h e u ，c c 联合 用蚁酸改性 墒啶作溶剂和下列物质反应 i 琥珀酸酣、n a h c 0 3 未进行吸附反应 未进行吸附反应 c u ( i i ) c d ( h ) p b ( 1 1 ) 2 2m e q g 1 1 2m m 0 1 g 。1 1 4m m o l g 1 0 8 5m e q g 1 0 0 1m e q g l 0 3 5m e q g 。1 0 0 7m e q g 1 0 0 7m m 0 1 g 1 o 0 9m e q g - 1 0 4 4m m 0 1 g 。 0 6 0m m o | g 。1 1 0 4m m 0 1 g 。 o 7 6m m o ，g 。 0 4m m 0 1 g 1 1 1 4 m g g 1 9 6 m g g 1 8 9 m g g 2 7 2 8 2 9 2 9 2 9 ，3 0 2 9 5 5 6 0 3 3 6 5 7 5 6 5 7 5 1 1 琥珀酸酉l 、聚多胺 c u ( 1 1 ) 13 3m g g 5 5 6 0 6 6 销 6 6 6 6 6 6 6 3 3 3 5 6 i；i【， i i；【】 ，l，；，、，l，l 、 、 、 r r g u g g g 目 g 曰 吲( i c = c c = o 、。o c h 3 、c o 、芳基和羧基等官能团【2 4 1 。在适宜条件 下，这些基团与金属离子发生反应，可将金属离子吸附在蔗渣上。羧基和羟基被认为是 原渣从水溶液中吸附去除重金属离子的重要基团【2 5 1 。光谱分析发现，吸附n i ( i i ) 前后o h 吸收峰变化不大，显示吸附过程中离子交换作用比沉淀或共沉淀作用要强很多【2 5 】；而原 渣吸附去除c d ( i i ) 后，一o h 吸收峰变化较大，表明在吸附的同时还发生了沉淀或共沉淀作 用【2 3 1 。总体来说，原渣捕集金属离子的机制比较复杂，既有络合吸附和沉淀吸附，还有 离子交换吸附。 蔗渣通过化学改性后可成为离子交换剂和螯合吸附剂，在捕集时改性渣和水溶态的 金属离子发生离子交换和螯合等反应。 蔗渣衍生产品吸附重金属的原理 蔗渣飞灰主要成分是金属和硅的氧化物，碳含量低、孔隙率大、孔径分布范围宽( 从 几十至i j 6 0 0a ，以 7 时，配合物的分子体积很大，吸 附剂形成很小的孔隙( 7 1 7 两南大学硕十学何论文 后，继续增加p h ，吸附率又开始上升。这可能是因为p h 升高到一定程度后，c d 2 + 和溶 液中的o h 结合生成沉淀，形成“假吸附 现象。 总体来说，p h 为6 和4 时，两种吸附剂对c d 2 + 和c r 3 + 的吸附分别达到最大。因此， 本研究将c d 2 + 、c r 3 + 溶液的p h 分别设为6 和4 。实际工业废水的p h 值一般在5 7 之间， 略呈酸性，因此有利于甘蔗渣吸附剂吸附重金属。 4 1 2 吸附温度的影响 生物材料对重金属的吸附过程是一个与热量变化有关的过程，所以温度也是其影响 因素之一【4 8 】。温度对原渣和改性渣吸附c d 2 + 、c r 3 + 的影响见表4 2 和图4 - 2 ( a ) 、( b ) 。从 图表可以看出，随着温度的升高，原渣和改性渣对c d 2 + 的吸附率略有减少，对c r 3 + 的吸 附率略有增加，但这种变化趋势并不明显。总体来说，两种重金属的吸附率受温度的影 响不显著，为操作方便