（环境工程专业论文）农业有机废物吸附废水中crⅥ、cu2的研究.pdf

_ t h er e s e a r c ho nt h ea g r i c u l t u r a lo r g a n i cw a s t et oa d s o r b c r ( v i ) 、c u 2 + f r o mw a s t e w a t e r b y s o n gj u a n j u a n b e ( h u a z h o n gu n i v e r s i t yo f s c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ) 2 0 0 3 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r e n v i r o n m e n t i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rl ix i a o m i n g ，s e n i o re n g i n e e rl iq i n g d e c e m b e r , 2 010 悯 f 工程硕上学位论文 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：赛舶 日期： 砂1 6 年1 2 月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 湖南大学可以将本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和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在一年解密后适用本授权书。 2 不保密团。 ( 请在以上相应方框内打”) 作者签名：束媚娟 日期：2 0i o 年i 塑) 日 导师签名： 日期：年月日 ： 上 叫nl叫lllj i ， - 丐 电 - d ，i 农业有机废物吸附废水中c r ( v i ) 、c u 2 + 的研究 摘要 针对工业废水中重金属污染日益严重，而大量农业有机废弃物没有得到充分 利用的情况，本文首先研究了生物质的种类对废水中c r ( v i ) 和铜离子吸附效果 的影响，结果表明吸附效果为：花生壳 玉米芯 麦壳 玉米秆。然后针对花生壳和 玉米芯两种材料的改性方法及其吸附效果进行了大量研究，并分析了其吸附性能 和吸附动力学。 实验结果表明：酒石酸改性后的玉米芯吸附水中c r ( v i ) 的效果最佳，用此 改性玉米芯吸附c r ( v i ) 的最佳条件为：温度5 5 ，c r ( v i ) 溶液初始浓度为5 0 m g l ，p h 为2 ，吸附时间为9 0 m i n 。此条件下改性玉米芯对c r ( v i ) 的吸附去除率 。 为9 3 ，普通玉米芯对c r ( v i ) 的吸附去除率为7 4 5 ，其吸附等温线属于s 型， 吸附规律符合f r e u n d i i c h 方程所描述的规律，吸附过程符合拟二级速率方程； 通过醋酸改性后的花生壳吸附水中c r ( v i ) 的效果最好，此改性花生壳对c r ( v i ) 的吸附最佳条件为：温度3 0 。c ，用o 2 9 改性花生壳处理5 0 m l3 0 m g l 。1 的c r ( v i ) 溶液，溶液的p h = 3 ，吸附时间9 0 r a i n ，在此条件下，改性后的花生壳对c r ( ) 的 去除率达到9 9 1 ，未改性花生壳对c r ( v i ) 的去除率为8 3 5 ，改性花生壳对c r ( v i ) 的吸附等温线应属h 型，对c r ( v i ) 的吸附规律均符合l a n g m u i r 方程和f r e u n d i i c h 方程 所描述的规律。对c r ( v 1 1 的吸附过程符合拟二级速率方程； 玉米芯在硫酸和3 7 甲醛溶液改性后吸附铜离子的效果较好，吸附最佳的条 件是：溶液中c u 2 + 的初始浓度为3 0 m g l 、改性玉米芯投加量为0 2 9 、温度为3 0 、 p h 值为6 、振荡时间为1 2 0 m i n 。在这种条件下吸附效率高达9 9 左右。改性玉米 芯对c u 2 + 的吸尉等温线应属于l 型，吸附规律能很好的符合l a n g m u i r 方程所描述的 规律，属于单分子层吸附，吸附规律遵循拟二级动力学模型； 通过氢氧化钠和磷酸改性后的花生壳吸附废水中铜离子的效果较好，最优条 件为：温度4 0 ，c u 2 + 初2 0 m g l 一，p h = 6 ，吸附时间1 5 0 m i n ，在此条件下， c u 2 + 的去除率达到9 8 5 ，未改性花生壳对c u ”的去除率为8 1 3 。改性花生壳对 铜离子的吸附等温线应属于c 型，吸附规律符合l a n g m u i r 方程所描述的规律，属 于单分子层吸附，改性花生壳对铜离子的吸附规律遵循内扩散动力学模型。 从实验结果来看改性玉米芯和花生壳的吸附特性还存在一定的差异，花生壳 的吸附效果从各方面上比玉米芯好。农业有机废物价廉易得，通过改性处理，对 废水中重金属吸附效果良好，能够变废为宝，具有广阔的应用前景。 一 - t 0 d j 工程硕士学位论文 关键词：改性花生壳；改性玉米芯；吸附；c r ( v i ) ；c u 2 叫 农业有机废物吸附废水中c r ( v i ) 、c u 2 + 的 j 究 a b s t r a c t o no n eh a n dt h ep o l l u t i o no fh e a v ym e t a l sf r o mi n d u s t r i a lw a s t e w a t e ri s i n c r e a s i n g l ys e r i o u s ，o nt h eo t h e rh a n dal o to fa g r i c u l t u r a lo r g a n i cw a s t ea r e n tt a k e n f u l l a d v a n t a g eo f t h i ss t u d yi n v e s t i g a t e dt h ee f f e c t so fd i f f e r e n tb i o m a s so nt h e a d s o r p t i o no fh e x a v a l e n tc h r o m i u mi o na n dc o p p e ri o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e a d s o r p t i o ne f f e c to fp e a n u ts h e l j 眵w a st h eb e s t ，t h es e c o n dw a sc o r nc o b ，t h e nw h e a t s h e l lw h i l et h ec o r ns t a l kh a dt h el o w e s t a d s o r p t i o n e f f e c t t h ea d s o r p t i o n p e r f o r m a n c e o ft h em o d i f i e d p e a n u t ss h e l la n d c o r nc o b w e r em a d ef u r t h e r i n v e s t i g a t i o nd e e p l y t h ee x p e r m e n t sr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ec o r nc o bw h i c hm o d i f i e db yt a r t a r i c a c i dh a st h eb e s te f f e c to n a d s o r b i n gt h e h e x a v a l e n tc h r o m i u mf r o mw a t e r t h e o p t i m u mc o n d i t i o no fa d s o r b i n gt h ch c x a v a l c n t c h r o m i u mo n t ot h em o d i f i c dc o r nc o b w a st h a tt h e t e m p e r a t u r ew a s5 5d e g r e ec e l s i u s ，t h e i n i t i a lc o n c e n t r a t i o no ft h e h e x a v a l e n tc h r o m i u ms o l u t i o nw a s5 0m g l ，t h ep hw a s2a n dt h ea d s o r p t i o nt i m ew a s 9 0m i n u t e s u n d e rt h i ss i t u a t i o n ，t h er a t i oo fe l i m i n a t i o no ft h em o d i f i e dc o r nc o b a d s o r b i n gt h eh e x a v a l e n tc h r o m i u mw a s9 3 w h i l et h ec o m m o no n ew a s7 4 5 t h e a d s o r p t i o n si s o t h e r m sb e l o n g e dt ost y p e ，a d s o r p t i o ne q u a t i o nw a sf i t t e dt ot h e f r e u n d i i c he q u a t i o na n da d s o r p t i o nk i n e t i cd a t eo ft h eh e x a v a l e n tc h r o m i u mw a s f i t t e dt ot h es e c o n dr a t ee q u a t i o n p e a n u ts h e l lm o d i f i e db ye t h y l i ca c i dh a dt h eb e s te f f e c to n a d s o r b i n gt h e h e x a v a l e n tc h r o m i u mf r o mw a t e r t h eo p t i m u mc o n d i t i o no fa d s o r b i n gt h eh e x a v a l e n t c h r o m i u mo n t ot h em o d i f i e dp e a n u t ss h e l lw a st h a tt h et e m p e r a t u r ew a s3 0d e g r e e c e l s i u s ，5 0m g lh e x a v a l e n tc h r o m i u ms o l u t i o nt r e a t e db y0 2 9m o d i f i e dp e a n u t s s h e l l ，t h er e a s o n a b l ep hw a s3a n dt h ea d s o r p t i o nt i m ew a s9 0m i n u t e s u n d e rt h i s s i t u a t i o n ，t h er a t i oo fe l i m i n a t i o no ft h eh e x a v a l e n tc h r o m i u mo n t ot h em o d i f i e d p e a n u ts h e l lw a s9 9 1 w h i l et h a to ft h eu n m o d i f i e dw a s8 3 5 t h ea d s o r p t i o n i s o t h e r m sb e l o n g e dt olt y p e ，a d s o r p t i o nl a wc o n f o r m e dt ot h ef r e u n d i i c ha n d l a n g m u i re q u a t i o n t h ea d s o r p t i o np r o c e s s e sa c c o r d e dw i t hs e c o n dr a t ee q u a t i o n t h ec o r nc o r ew h i c hm o d i f i e db ys u l p h u r i ca c i da n d3 7 f o r m a l d e h y d es o l u t i o n a - 叮 ， 一 r i 氐 _ h a st h eb e s te f f e c to na d s o r b i n gt h ec o p p e ri o n t h eo p t i m u mc o n d i t i o no fa d s o r p t i o n w a st h a tt h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o no f c o p p e ri o ni s 1m g l ，t h eq u a n t i t ya d d i t i o no ft h e m o d i f i e dc o r nc o bw a s0 2 9 ，t h e t e m p e r a t u r ew a s3 0d e g r e ec e l s i u s ，p hw a s6a n d c o n c u s s i o nt i m ew a s12 0m i n u t e s u n d e rt h i s s i t u a t i o n ，t h er a t i oo fa d s o r p t i o nw a s a b o u t9 9 t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r m sb e l o n g e dt ol t y p e ，a d s o r p t i o nl a wc o n f o r m e dt o t h ef r e u n d i i c he q u a t i o na n db e l o n g e dt om o n o m o l e c u l a rl a y e ra d s o r p t i o na n da b i d e d b yi m i t a t i o ns e c o n dd y n a m i cm o d e l t h ep e a n u t ss h e l lw h i c hm o d i f i e db ys o d i u mh y d r o x i d ea n do r t h o p h o s p h o r i c a c i dh a st h eb e s te f f e c to n a d s o r b i n gt h ec o p p e ri o n t h eo p t i m u mc o n d i t i o no f a d s o r p t i o ni s t h a tt h et e m p e r a t u r ei s4 0d e g r e ec e l s i u s ，t h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o no f c o p p e ri o ni s1m g l ，p h 。w a s6a n dt h ea d s o r p t i o nt i m ew a s15 0m i n u t e s u n d e rt h i s c o n d i t i o n ，t h er a t i oo fe l i m i n a t i o nw a s9 8 5 w h i l et h eu n m o d i f i e dw a s81 3 t h e a d s o r p t i o ni s o t h e r m sb e l o n g e dt oc t y p e ，a d s o r p t i o nl a wc o n f o r m e dt ot h ef r e u n d i i c h e q u a t i o na n db e l o n g e dt om o n o m o l e c u l a rl a y e ra d s o r p t i o na n da b i d e d b yi n n e r p e r v a s i o nd y n a m i cm o d e l a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n t ，t h ea b s o r p t i o nc h a r a c t e r i s t i co ft h e c o r nc o ba n dp e a n u t ss h e l lw e r ed i f f e r e n t t h ea d s o r p t i o ne f f e c to ft h ep e a n u t ss h e l l w a sb e t t e rt h a nt h a to fc o r nc o r bi ne v e r y a s p e c t a g r i c u l t u r a lo r g a n i cw a s t e sa r ec h e a p a n de a s yt o g e ta n dh a v ei d e a le f f e c t so na d s o r b i n gt h em e t a li n p o l l u t e dw a t e r t h r o u g hm o d i f i c a t i o nt r e a t m e n tw h i c hc a nt u r nh a r mi n t ob e n e f i ta n dh a sap r o m i s i n g f u t u r e k e yw o r d s ：m o d i f i e dp e a n u t ss h e l l ；m o d i f i e dc o r nc o b ；a d s o r p t i o n ；c r ( v i ) ：c u 2 + k 店 _ j 【： 工程硕士学位论文 目录 摘要i 工 a b s t r a c t i v 第一章引言l 1 1 重金属废水的来源和特点1 1 2 重金属废水的常用处理技术1 1 2 1 化学法2 1 2 2 萃取法3 1 2 3 吸附法3 1 2 4 膜分离法3 1 2 5 离子交换法3 1 2 6 生物法4 1 2 7 重金属废水处理技术展望5 1 3 农林废弃物在废水处理方面的应用研究现状5 1 3 1 对水中重金属离子的吸附6 1 3 2 农林废弃物制备活性炭吸附剂6 1 3 3 农林废弃物的化学改性7 1 4 论文的意义、研究内容8 1 4 1 论文的意义8 1 4 2 研究内容9 1 5 论文的创新点9 第二章实验方法l l 2 1 材料、仪器与试剂1 l 2 2 主要试剂配制1 l 2 2 1 铬( v i ) 标准溶液的制备1 l 2 2 2 模拟铜离子废水的制备1 1 2 3 六价铬浓度的测定方法1 l 2 3 1 标准曲线n k p 、 一 t 农业有机废物吸阳废水中c r ( v 1 ) 、c u 2 + 的研究 2 4 铜离子浓度的测定方法。1 2 2 4 1 标准曲线1 2 2 5 吸附材料的制备与选择1 3 2 5 1 吸附材料的制备13 2 5 2 吸附实验1 3 2 5 3 结果与分析1 3 2 6 吸附工艺14 2 7 研究依据1 5 2 7 1 吸附的类型15 2 7 2 影h 向吸附的因素1 5 2 7 3 吸附过程1 7 2 7 4 吸附性能17 2 7 5 吸附动力学。2 0 第三章玉米芯的改性及其吸附重金属离子的实验2 1 3 1 玉米芯的改性及其对铬( v i ) 的吸附实验2l 3 1 1 实验方法2 1 3 1 2 玉米芯的改性方法的确定2 l 3 1 3 结果与分析2 2 3 1 4 改性玉米芯吸附铬( v i ) 吸附等温线与吸附动力学2 6 3 2 玉米芯的改性及其对铜离子的吸附实验3 l 3 2 1 实验方法3 1 3 2 2 玉米芯的改性3 1 3 2 3 结果和讨论3 2 3 2 4 改性玉米芯吸附铜离子吸附等温线与吸附动力学3 5 3 3 小结4 0 第四章花生壳的改性及其吸附重金属离子的实验4 1 4 1 花生壳的改性及其对铬( v 1 ) 的吸附实验4 1 4 1 1 实验方法4 l 4 1 2 花生壳的改性处理4 l 4 1 3 结果和讨论4 2 4 1 4 改性花生壳吸附铬( v i ) 吸附等温线与吸附动力学4 7 ! 一 ， 一 童 工程硕七学位论文 4 2 花生壳的改性及其对铜离子的吸附实验5 l 4 2 1 实验方法5 1 4 2 2 花生壳的改性处理51 4 2 3结果与分析5 2 4 2 4 改性花生壳吸附铜离子吸附等温线与吸附动力学5 7 4 3 小结6 1 结论。6 2 参考文献6 5 致谢6 8 附录a攻读学位期间所发表的学术论文6 9 p i 剑 ， l l 工程硕士学位论文 第一章引言 重金属废水的来源和特点 重金属作为有色金属在人类的生产和生活方面有广泛的应用，然而改革开放 以来，随着经济和工业的快速发展，工业企业通过废水、废渣、废气向环境中排 放各种各样的重金属，这种情况造成环境中重金属的大量累积，并且重金属能够 通过食物链而在生物体内富集，从而构成对生物和人体健康的严重威胁，如何有 效地治理重金属污染己成为社会共同关注的问题。 采矿、电镀、电子和冶金等生产企业排放的废水，是污染水环境的重金属离 子的主要来源。尤其是电镀、电子工业企业排放的废水，它的成分非常复杂，所 含重金属离子种类繁多，往往是多种废水的混合物，给处理带来一定难度。 含重金属离子废水污染有以下几个方面的特点，： ( 1 ) 由于人类活动进入环境中的重金属量几乎相当于自然过程中的迁移量， 前者常是点源，因而能在局部地区造成严重的污染后果； ( 2 ) 由于重金属在自然界中靠水体自净作用不会消除，废水中的重金属一般 不能分解破坏，只能转移其存在位置和转变其物化形态，如果处理和处置不当， 会重新返回环境，造成严重的“二次污染”； ( 3 ) 重金属能够从环境中通过食物链进入人体，并且通过生物富集作用，浓 度增大到以前的几十倍甚至上万倍，在人体中造成急性或慢性伤害，存在潜在效 应。有的重金属会转化成毒性更强的化合物。 1 2 重金属废水的常用处理技术 重金属废水能够造成婴儿早产、先天性聋哑、先天性神经病，还可以造成生 态链的断裂，对社会和自然环境的危害很大，因此在发展工业的同时必须注意环 境保护，必须对重金属废水进行处理。通过多次的实验和检测，目前国内外已经 研究出了一系列相应的重金属治理技术，这些技术针对性不同，方法各异，在一 定程度上可以大大减少重金属的排放量，而且可以把之中的贵重金属回收，变废 为宝，处理后的废水可以重复使用，既减少了排放，又节约了生产成本。r 2 3 。 3 3 农业有机废物吸附废水中c 1 1 ( v i ) 、c u 2 ，的研究 1 2 1 化学法 化学法是利用化学方法将水中重金属转变为无害物质或不溶于水的重金属化 合物的方法，包括沉淀法，氧化法和还原法等。 1 2 1 1 化学沉淀法 在含重金属的废水中加入沉淀剂进行反应，使重金属生成不溶于水的沉淀形 式加以分离。沉淀法操作简单，是常用的处理废水方法。主要的化学沉淀工艺有： ( 1 ) 投加化学沉淀剂参加化学反应，生成难溶的化学物质，使污染物呈沉淀 析出； ( 2 ) 通过凝聚、沉降、浮选、过滤、吸附等方法将沉淀从溶液中分离出来； ( 3 ) 用酸或碱调整溶液的p h 值，使重金属离子生成氢氧化物沉淀，加以分 离； ( 4 ) 通过化学或物理的手段，改变离解平衡条件，加速沉淀的生成。如：加 入絮凝剂。 1 2 1 2 化学还原法 向废水中投加还原剂，使废水中重金属离子还原成无毒的物质。这种方法常 用处理电镀含铬废水，其工艺过程是：向废水中投加还原剂，将c r 6 + 还原成c r 3 + ， 然后再加入碱，使c r 3 + 生成c r ( o h ) 3 沉淀分离去除。化学还原法操作简单，工艺 成熟，属于国内传统工艺。但是工业上长采用石灰作为还原剂，产生的废渣存在 “二次污染”，增加了处理成本。因此现在这种方法逐渐被淘汰。 1 2 1 3 电化学法 电化学处理方法设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避 免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化。因此，电解法与传统 的化学试剂法相比有许多优势，国内外血多学者通过研究发现，用电解法处理重 金属废水效果良好，该技术发展迅速，有较好的应用前景。但是电化学法需要消 耗电能，成本比较高。 1 2 1 4 铁氢体法 铁氧体法法是借助共沉法的原理，国内的电镀工业部门常用这种方法去除废 水中的c r 6 + ，方法是：先在废水中加过量的f e s 0 4 作还原剂与c r 6 + 发生氧化还原 反应，生成c r 3 + 和f e 3 + ，在加入适量的碱，使c r 3 + 和f e 3 + 产生氢氧化物沉淀，通 入空气搅拌并加入氢氧化物不断反应，形成铬铁氧体。 l 一 鼋 t 程硕一l 学位论文 铁氧体法与其他的化学法相比相对投资费用低、不产生二次污染，但在形成 铁氧体过程中需要加热( 约7 0o c ) ，因此能耗较高，处理后盐度高，而且不能处理 含h g 和络合物废水，具有一定的局限性。 1 2 2 萃取法 溶剂萃取法是最简单最省时的方法，操作方便，二次污染少，常用作分离净 化。萃取法的关键是选择好萃取剂，萃取剂要有选择性，便于再生利用。但是萃 取法在处理重金属废水方面应用很少，原因是萃取剂选择性有限，使用过程流失 大，再生费用高，局限性很大，工业上基本不采用。 1 2 3 吸附法 吸附法是利用多孔性固体作为吸附剂来吸附废水中的重金属物质，工业上一 般采用动态吸附床来完成，这种方法操作方便，运行可实现自动化，处理效果好， 在废水处理方面应用非常广泛。此方法最关键的问题就是吸附剂的选择。由于传 统吸附剂吸附剂存在费用高，再生难，二次污染等问题，限制了它的使用。近年 来，血多国内外的学者利用工农业废弃物肝发研制的很多高效廉价的吸附剂，如 钢渣、粉煤灰、玉米芯等，如果能够投入使用，会有较好的应用前景。 1 2 4 膜分离法 膜分离技术可用来进行物质的分离、提纯、浓缩、净化。国内在重金属废水 处理方面常用的技术有：电渗析、反渗透法处理电镀废水中的c r 6 + 。液膜萃取技 术在我国也有一定的进展。膜分离法方法效率高、无二次污染，但是由于投资运 行费用高，在国内还不是很成熟。 1 2 5 离子交换法 离子交换处理法是一种特殊的吸附法，是利用离子交换剂与水中的重金属离 子发生离子交换反应来分离废水中的重金属，工业上常用离子交换剂树脂做离子 交换剂，但树脂价格昂贵，而且具有选择性。近年来，国内外很多学者对离子交 换剂进行了改良，如：天然沸石用n a c i 改性后在对重金属废水的处理方面离子 交换能力大大提高，且再生率高，但是改性剂的使用会增加处理成本，因此在工 业上还未投入使用。 农业有机废物吸| ：f j 废水中c r ( v i ) 、c u 2 + 的硼究 1 2 6 生物法 生物法是借助微生物的作用，去除废水中的重金属离子。按照净化原理可分 为生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法以及植物修复法。由于生物法处理重金 属废水费用低，无二次污染，近年来得到迅速发展。 1 2 6 1 生物絮凝法 生物絮凝法是利用微生物絮凝剂来沉降去除废水中污染物的一种方法。微生 物絮凝剂由微生物及其代谓 产物组成，微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌 到细胞外，具有絮凝活性的代谢物。某些生物絮凝剂中含有的官能团如羟基、氨 基可与水中的重金属离子形成螯合物沉降，而且生物絮凝剂还能使废水中：悬浮物 质相互聚集沉降从水中去除。生物絮凝法把生物法与混凝法结合起来，处理重金 属废水效果好，生物菌种容易培养。国内外学者作了大量的研究，将会很快实现 该技术的工业化。 1 2 6 2 生物吸附法 生物吸附法是利用微生物作为吸附剂柬吸附溶于水中的重龠属金属离子。该 方法是生物法与吸附法的结合，与传统吸附法不同的是采用生物吸附剂取代活性 炭等吸附剂。生物吸附剂具有来源广、价格低，大大降低了处理成本，国内外学 者做的大量研究表明该方法处理重金属废水效果优良，有较好的应用前景。q 1 2 6 3 生物化学法 生物化学法是利用微生物与废水中的重金属发生化学反应，最后生成重金属 的沉淀从水中除去。该方法在处理电镀废水方面有很多报道，对废水中的c r ”的 去除率可高达9 9 以上。 1 2 6 4 植物修复法 植物修复法是污水的土地处理中的一种，其方法是将废水投配到种植有一定 植物的土地上，利用土地生态系统中植物的吸收、吸附、沉淀以及土壤的截留， 微生物降解等作用降低废水中重金属含量。该方法净化效果好，投资小，受到人 们广泛关注。 对比以上的几种方法，我们可以得出这样的结论：生物法是一种成本较低、易 于实现、效果比较显著的重金属废水处理方法，但是该方法也有一定的局限性， 因为一般的生物对重金属离子的吸收、吸附、化学反应具有选择性，这样造成废 水处理效果大打折扣，而且要用几种选择性不同的生物来处理重金属废水，这几 ， 一 工程硕士学位论文 种不同类的生物有可能对温度、浓度等生存环境的要求并不相同，因而不能共生 在一个环境中，这样间接提高了废水处理的成本；另外，生物对重金属的含量也 有要求，例如过高的浓度可能使生物中毒，或者失去活性。不过随着分子生物学 技术和基因工程等高新技术的应用，生物法也得到了大大的改进，另外，我们还 可以利用生物界的微生物与植物协同净化作用，并用物理或者化学方法作为辅助， 研究出更加有效的重金属废水处理方法。 1 2 7 重金属废水处理技术展望 为了满足可持续发展的需求，伴随全球循环经济口号的提出，废水的治理技 术正逐渐向物料循环和清洁生产方向发展。目前，电镀重金属废水治理早已从末 端治理向综合防治阶段发展h “。未来重金属废水处理技术将突出以下几个方面： ( 1 ) 从源头来控制重金属的产生量：提高生产过程中物料的循环利用率和物 质的转化率；开发高效的清洁生产技术；采用全过程控制的原则，闭路循环的措 施，从生产的各个过程来控制废水的产量，最终实现废水的零排放。 ( 2 ) 废水处理的方法向生物法方面发展：生物法与传统的方法相比，具有效 率高，费用低，容易操作，无二次污染等优点，有较大的应用前景。近年来，随 着分子生物学、基凶工程的发展，为生物法提供了更加有利的条件。 ( 3 ) 重金属废水治理的工艺向综合治理方向发展：由于重金属废水成分复杂， 靠二种方法处理很难达到排放要求，因此，可采用多种方法结合，综合多种技术， 形成成套一体化的处理工艺。 1 3 农林废弃物在废水处理方面的应用研究现状 农林废弃物是农、林生产和加工过程中产生的副产品，其产量巨大，堆积在 环境中会占用大量土地，污染环境；然而它价廉易得，含有大量的活性基团，又 是重要的生物质资源，。我国是传统上的农业大国，每年产生大量农林废弃物， 如稻草、麦壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣、橘子皮、木屑、树叶等。目前这些农 林废弃物有的用于直接燃烧产热，有的用作饲料、肥料，但其回收利用量不足总 量的3 0 。除此以外，我国每年有大量农林废弃物被弃置于自然环境或露天焚烧， 既造成了环境污染，占用了土地资源，又浪费了宝贵的生物资源阳，例如我国北 方每年秋收季节焚烧秸秆时产生的浓烟，甚至影响到高速公路的畅通。将农林废 弃物用于废水处理，既能降低废水处理成本，又能以废治废，为农林废弃物的综 合利用提供了有效途径。 农业仃_ j j 【废物i j 发| j _ j 废水中c l ( ) 、c u 2 一的f 究 1 3 1 对水中重金属离子的吸附 农林废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素及少量无机硅组成，含有羟基、 羧基等活性基团，将农林废弃物直接用于吸附溶液中的金属离子，一方面是由于 其孔隙率较高，比表面积较大，可以与金属离子发生物理吸附；另一方面，农林 废弃物中含有的活性基团可与水中重金属离子结合发生化学吸附。近几年来， 国内外的学者针对农林废弃物埘废水中重金属离子的吸附处理问题展丌了大量的 研究。o l i v e i r a 等，研究了咖啡豆壳对溶液中c u ”，c d 2 十和z n 2 + 的吸附性能，在 室温下，p h = 4 时，吸附时间在7 2 h 内，对上述三种重金属的吸附达到平衡，对c u 2 + 的吸附效率最高( 8 9 一- - 9 8 ) ，c d 2 + ( 6 5 一8 5 ) 其次，z n 2 + 最低( 4 8 7 9 ) 。周隽 “2 ，以废弃物木屑和花生壳作为吸附剂，进行了吸附去除水中c r 3 + 的试验。研究了 溶液p h 值、c r ”初始浓度以及温度等因素对这2 种吸附剂去除c r ”作用的影响，对 吸附曲线作了线性拟合，确定了相应的平衡吸附率，在c r 3 + 初始浓度为l 、5 、10 和2 0 m g l 时，木屑对c r 3 + 的平衡吸附率为8l 、6 8 、5 6 和4 0 ，花生壳依次为 7 7 、6 3 、5 3 和4 2 。李荣华1 以核桃壳粉为吸附剂，通过批试验探讨了体 系初始p l l 值、吸附剂用量、温度等因素对水溶液中c r ( v i ) 吸附的影响，并讨论了 吸刚过程中铬的化学形态变化和吸附过程的热力学特征。结果表明，核桃壳粉对 c r ( ) 的吸附最佳p h 为1 0 。向5 0 m l 5 0 m g l 一的c r ( v i ) 溶液中加入0 5 9 核桃壳粉， 刘溶液中c r ( v i ) 的去除可达9 5 3 9 ，随着体系温度的升高，核桃壳粉对c r ( v i ) 的吸 附量增加，吸附过程符合二级动力学过程，l a n g m u i r 模型能较好地反映吸附过程 特征。在3 0 1 、3 0 8 和3l8 k 条件下的最大吸附量分别为2 0 5 4 、2 6 o o 和2 9 5 3 9 k g 。 肖艽颖等研究了玉米芯吸附冶炼废水中铅的条件，在室温下，p h 为5 0 ，吸附 时f h j6 0 m i n ，玉米芯的饱和吸附量达31 7 m g g 。分析了酸度、吸附h 寸i 口j 、吸附剂粒 度、流速等条件对铅去除率的影响，并用研制的吸附剂处理冶炼厂的废水，处理 后废水中铅含量显著低于国家标准允许的排放浓度。 1 3 2 农林废弃物制备活性炭吸附剂 活性炭具有多孔结构，比表面积大，吸附性能好，在废水处理方面是最传统 的吸附剂，但是由于用传统的方法生产活性炭成本较高，限制了活性炭的广泛使 用。近年来，各国的学者以廉价的农林废弃物为原料制备活性炭进行了大量研究。 b a b e l 等卅研究了用h 2 s 0 4 、h n 0 3 和壳聚糖改性的椰子壳木炭( c s c ) 对c r 6 + 的 吸附性能，结果表明，h n 0 3 氧化处理c s c 的吸附效果最好，h 2 s 0 4 次之，壳聚糖 改性处n c s c 的吸附效果最差，对c r 6 + 的吸附量分别为10 18 8m g g 、4 10 5m g g 、3l6 5 工程坝：l 学位论文 m g g 。王恩萱等研究了以花生壳为原料，采用氯化锌活化法制取活性炭的最佳 工艺条件，通过单因素实验得出制备花生壳活性炭的最佳条件是：活化温度为 5 0 0 ，活化时间为l h ，花生壳与氯化锌溶液的料液比为l ：2 ，氯化锌溶液质量浓 度为3 0 。通过正交实验得出了花生壳活性炭吸附处理六价铬的最佳工艺条件是： 吸附温度4 5 ，吸附时问6 0 m i n ，振荡速率1 9 0 r r a i n ，活性炭用量为2 9 l 。对花生 壳活性炭的再生以及与市售活性炭吸附性能的对比进行了一定的探讨。钱俊青等 c - 7 ，通过试验，选择了硝酸为制备工艺的活化剂，稻壳经稀硫酸水解后，按每10 0 9 于基用硝酸3 0 r a l ，在l6 0 下活化10 m i n ，制备成吸附剂。性能研究表明，稻壳吸 附剂具有较快的吸附速率和较强的吸附能力，其吸附为化学物理混合型，环境温 度及吸附对象的极性对吸附效果影响较大，液相吸附行为符合f r e u n d l i c h 方程。应 用试验表明，对色素的吸附不仅具有良好的选择性，而且吸附效果优于活性碳， 对发酵酒中的单宁和蛋白质有较高的吸附率，吸附脱除大豆油脂中的磷脂和脂肪 酸效果优良，且油脂损失较少。因而，在这些领域将有广阔的应用前景。吴文炳州 以甘蔗渣为原料，氯化锌、磷酸和氢氧化钠为活化剂，微波制备活性炭吸附剂， 用该活性炭处理酱油模拟废液后再生，其亚甲基蓝吸附值为1 0 5 m l g ，碘的吸附 值为118 6 4 r n g g ，a 法焦糖脱色率为l11 5 ，仍优于国家一级品指标，并且再生活 性炭对酱油废液具有更佳的处理效果。该方法操作方便，缩短了活性炭的制备和 再生时间，再生效果好。俞力家等”研究了用花生壳制备活性炭和用此活性炭去 除水溶液中的c r ( v i ) 。采用化学活化法，即用h 2 s 0 4 、h 3 p 0 4 、z n c l 2 、k o h 活化 花生壳中的炭。同时研究了这些活化剂的浓度和用量、热解时问和温度对活性炭 性能的影响。采用亚甲基蓝吸附实验评价活性炭的性能。结果表明h 3 p 0 4 矛u z n c l 2 是良好的活化剂，k o h 和h 2 s 0 4 效果较差。溶液的p h 值对活性炭吸附c r ( v i ) 的能 力有很大影响。活性炭的吸附能力随着p h 值的降低而升高，同时在不同的p h 值下， 炭的吸附速率也不同。p h 值越低，c r ( v i ) 被吸附的越快。等温实验结果表明，在 p h 值等于2 时，用h 3 p 0 4 和z n c l 2 活化的活性炭对c r ( v i ) 的吸附能力分别