吸附法在污水處理中的研究進展

吸附法在污水處理中的研究進展摘要吸附法是廢水處理的重要方法之一，污水經(jīng)常規(guī)廢水處理后，出水中還殘留一些難降解有機物、游離氯及一些微量金屬如汞、銀、鉻、銻、砷，利用吸附法能除去大部分這些物質(zhì)。吸附法的去污效率、成本在很大程度上因吸附劑不同而不同，最常見的吸附劑是活性炭。吸附法用于污水處理的理論研究國內(nèi)研究成果還不是很多，但在國內(nèi)近十多年的研究中，吸附劑的研究占了很大的比例。關鍵詞污水處理吸附活性炭樹脂在我國，82%的河流受到不同程度的污染，42%的城市飲用水源受到嚴重污染，農(nóng)村有70%的飲用水不符合衛(wèi)生標準[1]。控制水污染，保障水安全已成為事關國計民生、經(jīng)濟社會發(fā)展的大事。但由于我國污水處理能力的不足,僅很少一部分污水得到有效的處理，大部分城市污水與工業(yè)污水經(jīng)簡單處理便直接排人江河，對環(huán)境造成了極為嚴重的危害[2]。由此可見，減少污水排放量是緩解我國用水矛盾的有效途徑，探討新的有效污水處理技術是實現(xiàn)這一目的的重要措施之一。自從1773年發(fā)現(xiàn)“木炭-氣體”體系中的吸附現(xiàn)象以來，吸附操作已經(jīng)在化工、石油、食品、醫(yī)藥等各個領域得到廣泛的應用，而吸附法用于污水處理也取得了不少研究成果[3]。1吸附在污水處理中的應用常規(guī)廢水處理過程(主要是一級和二級處理)，如活性污泥法和滴濾法，通過生物氧化能夠除去多種有機物質(zhì)。該處理過程幾乎能除去構成BOD的所有的有機物，但不能有效地去除構成COD的難降解有機物，即使處理得很好的二級出水仍含有50-120mg/L有機物，這些物質(zhì)包括單寧、木質(zhì)素、腐殖質(zhì)、醚類、含蛋白質(zhì)的物質(zhì)和其他一些產(chǎn)生色和臭味的物質(zhì)，以及除草劑和殺蟲劑等。有些有機物在水中以μg/L水平濃度存在時就會產(chǎn)生臭味和顏色；某些有機物具毒性，如除草劑和殺蟲劑；還有些有機物有致癌作用，如聯(lián)苯胺。美國環(huán)保署對一些飲用水源的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，其中約80%有機污染物來自廢水處理廠的二級出水[4]。而來自城市污水的這些微量有機污染物，通過飲用進人人體后會對人體健康有長期的影響。一些流行病學的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，自來水中含較高濃度的上述微量有機污染物的城市或區(qū)域，人群消化道癌癥發(fā)病率明顯高于對照區(qū)。因此，從二級出水中去除殘余的難降解的有機物，對保護飲用水源和保障人群健康是非常重要的。利用吸附法能除去大部分這些難降解的有機物，此外，吸附法對游離氯及一些微量金屬如汞、銀、鉻、銻、砷等具有比較高去除率。吸附法治理廢水，應用廣，但預處理要求高，吸附成本較大，故一般多用于廢水的深度處理(三級處理)。吸附法也可作為一級處理的輔助工序，這種情況要求吸附劑便宜，處理效率一般不高。如有些地區(qū)使用的土壤吸附處理系統(tǒng)，其吸附劑是礫石、沙和土壤，結(jié)構簡單，成本低，使用壽命可達10年以上，但一般適用于污水流量比較小的農(nóng)村地區(qū)[5]。2水處理中常用吸附劑2.1炭類吸附劑活性炭在早期的吸附分離過程中是應用最廣泛的吸附劑，隨著吸附分離技術的發(fā)展，顆?；钚蕴?、粉末活性炭、活性炭纖維、炭分子篩、含炭的納米材料相繼問世。目前活性炭產(chǎn)量中約50%~60%用于水處理。活性炭對于液相中溶液的吸附主要靠表面發(fā)達的空隙結(jié)構，吸附過程以物理吸附為主?；钚蕴咳コ械膶ο蟪煞职ǎ河坞x氯、高錳酸鉀消耗量、溶存臭氨、色度著色成分、溶存氨(聯(lián)氨分解)、發(fā)泡成分、表面活性劑、異臭成分、苯酚、氯苯酚、三氯甲烷、農(nóng)藥類、三氯乙烯等氯系溶劑、PCB、有機氯化物(TOX)、油分、三鹵甲烷前體物質(zhì)、重金屬(特別對Hg)、TOX前體物質(zhì)、鐵、錳、COD、病毒、TOC、熱源、氨、BOD?；钚蕴吭谒幚碇兄饕獞糜谏纤幚怼⒐I(yè)用水處理、城市居民生活污水的處理及工業(yè)廢水處理等[6-8]。對活性炭改性以增加其吸附性能是目前研究開發(fā)的一個重要方向，改性主要集中在氧化改性、還原改性及載雜原子和化合物改性等。哈爾濱工業(yè)大學的范延臻等[9]研究了表面氧化改性對活性炭吸附有機物性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，硝酸氧化可顯著增加活性炭表面酸性基團的含量，提高活性炭的表面親水性，但降低了活性炭的pH值，并造成活性炭的結(jié)構塌陷和比表面積的減少。伍喜慶等[10]以硫脲和甲醛為主要原料對活性炭進行了改性，并對改性活性炭的吸附性能進行了研究，實驗表明改性活性炭對金的吸附容量比一般活性炭強得多。2.2腐殖酸類吸附劑腐殖酸類物質(zhì)可用于處理工業(yè)廢水，尤其是重金屬廢水及放射性廢水，除去其中的離子。一般認為腐殖酸是一組具有芳香結(jié)構、性質(zhì)相似的酸性物質(zhì)的復合混合物。它的大分子由10個分子大小的微結(jié)構單元組成，每個結(jié)構單元由核(主要由五元環(huán)或六元環(huán)組成)、連接核的橋鍵(如-O-、-CH2-、-NH-)以及核上的活性基團所組成。已有研究表明，腐植酸分子結(jié)構中除了含有羧基、酚羥基、醌基等活性基團，還具有疏松的“海綿狀”結(jié)構與巨大的表面積和表面能，所以具有良好的吸附性能。用作吸附劑的腐殖酸類物質(zhì)有兩大類，一類是天然的富含腐殖酸的風化煤、泥煤、褐煤等，直接作吸附劑用或經(jīng)簡單處理后作吸附劑用；另一類是把富含腐殖酸的物質(zhì)用適當?shù)恼辰Y(jié)劑做成腐殖酸系樹脂，或造粒成型，以便用于管式或塔式吸附裝置。我國從1973年開始，在處理工業(yè)廢水方面，特別是在處理重金屬廢水方面，開展了大量的試驗研究，先后有武漢冶金安全技術所、中國科學院土壤所、地理所、燃化所、華東化工學院、上海染料三廠、鄭州大學化學系、吉林[7]戴芳天.活性炭在環(huán)境保護方面的應用[J].東北林業(yè)大學學報,2003,2(31):48-49.[8]丁洪斌,丁蘊靜.活性炭再水處理中的應用方法研究與進展[J].工業(yè)水處理,2003,23(8):12-16.[9]范延臻,王寶貞.改性活性炭對有機物的吸附性能[J].環(huán)境化學,2001,20(5):444-448.[10]伍喜慶,黃志華.改性活性炭吸附金的性能[J].中國有色金屬學報,2005,15(1):129-32.[11]梅建庭.風化煤對電鍍廢水中Pb2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+的吸附與解吸[J].材料保護,2000,33(6):15-16.[12]李增新,薛淑云.廉價吸附劑處理重金屬離子廢水的研究進展[J].環(huán)境污染治理技術與設備,2006,7(1):6-11.[13]陳彬,吳志超.沸石在水處理中的應用[J].工業(yè)水處理,2006,26(8):9-13.[14]陳國安.沸石處理重金屬離子廢水的試驗研究[J].礦產(chǎn)保護與利用,2001,(6):17-19.[15]謝曉風,王京剛.有機沸石處理含鉻廢水的試驗研究[J].金屬礦山,2002,317(11):317-319.[16]陳秀芳.離子交換法在廢水處理中的應用[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2004,14(7):148-149,155.[17]耿建暖,仇農(nóng)學,雷忠利.螯合吸附分離功能纖維的研究進展[J].功能高分子學報,2004,17(3):124-129.[18]陸耘,湯麗鴛,曾漢民.強酸型陽離子交換纖維對稀土和過渡金屬離子的交換性能研究[J].離子交換與吸附,1993,9(5):433-438.[19]劉瑞霞,王亞雄,湯鴻霄.新型離子交換纖維去除水中砷酸根離