吸附法在污水处理中的研究进展

吸附法在污水处理中的研究进展摘要吸附法是废水处理的重要方法之一，污水经常规废水处理后，出水中还残留一些难降解有机物、游离氯及一些微量金属如汞、银、铬、锑、砷，利用吸附法能除去大部分这些物质。吸附法的去污效率、成本在很大程度上因吸附剂不同而不同，最常见的吸附剂是活性炭。吸附法用于污水处理的理论研究国内研究成果还不是很多，但在国内近十多年的研究中，吸附剂的研究占了很大的比例。关键词污水处理吸附活性炭树脂在我国，82%的河流受到不同程度的污染，42%的城市饮用水源受到严重污染，农村有70%的饮用水不符合卫生标准[1]。控制水污染，保障水安全已成为事关国计民生、经济社会发展的大事。但由于我国污水处理能力的不足,仅很少一部分污水得到有效的处理，大部分城市污水与工业污水经简单处理便直接排人江河，对环境造成了极为严重的危害[2]。由此可见，减少污水排放量是缓解我国用水矛盾的有效途径，探讨新的有效污水处理技术是实现这一目的的重要措施之一。自从1773年发现“木炭-气体”体系中的吸附现象以来，吸附操作已经在化工、石油、食品、医药等各个领域得到广泛的应用，而吸附法用于污水处理也取得了不少研究成果[3]。1吸附在污水处理中的应用常规废水处理过程(主要是一级和二级处理)，如活性污泥法和滴滤法，通过生物氧化能够除去多种有机物质。该处理过程几乎能除去构成BOD的所有的有机物，但不能有效地去除构成COD的难降解有机物，即使处理得很好的二级出水仍含有50-120mg/L有机物，这些物质包括单宁、木质素、腐殖质、醚类、含蛋白质的物质和其他一些产生色和臭味的物质，以及除草剂和杀虫剂等。有些有机物在水中以μg/L水平浓度存在时就会产生臭味和颜色；某些有机物具毒性，如除草剂和杀虫剂；还有些有机物有致癌作用，如联苯胺。美国环保署对一些饮用水源的调查研究发现，其中约80%有机污染物来自废水处理厂的二级出水[4]。而来自城市污水的这些微量有机污染物，通过饮用进人人体后会对人体健康有长期的影响。一些流行病学的调查研究发现，自来水中含较高浓度的上述微量有机污染物的城市或区域，人群消化道癌症发病率明显高于对照区。因此，从二级出水中去除残余的难降解的有机物，对保护饮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这些难降解的有机物，此外，吸附法对游离氯及一些微量金属如汞、银、铬、锑、砷等具有比较高去除率。吸附法治理废水，应用广，但预处理要求高，吸附成本较大，故一般多用于废水的深度处理(三级处理)。吸附法也可作为一级处理的辅助工序，这种情况要求吸附剂便宜，处理效率一般不高。如有些地区使用的土壤吸附处理系统，其吸附剂是砾石、沙和土壤，结构简单，成本低，使用寿命可达10年以上，但一般适用于污水流量比较小的农村地区[5]。2水处理中常用吸附剂2.1炭类吸附剂活性炭在早期的吸附分离过程中是应用最广泛的吸附剂，随着吸附分离技术的发展，颗粒活性炭、粉末活性炭、活性炭纤维、炭分子筛、含炭的纳米材料相继问世。目前活性炭产量中约50%~60%用于水处理。活性炭对于液相中溶液的吸附主要靠表面发达的空隙结构，吸附过程以物理吸附为主。活性炭去除水中的对象成分包括：游离氯、高锰酸钾消耗量、溶存臭氨、色度着色成分、溶存氨(联氨分解)、发泡成分、表面活性剂、异臭成分、苯酚、氯苯酚、三氯甲烷、农药类、三氯乙烯等氯系溶剂、PCB、有机氯化物(TOX)、油分、三卤甲烷前体物质、重金属(特别对Hg)、TOX前体物质、铁、锰、COD、病毒、TOC、热源、氨、BOD。活性炭在水处理中主要应用于上水处理、工业用水处理、城市居民生活污水的处理及工业废水处理等[6-8]。对活性炭改性以增加其吸附性能是目前研究开发的一个重要方向，改性主要集中在氧化改性、还原改性及载杂原子和化合物改性等。哈尔滨工业大学的范延臻等[9]研究了表面氧化改性对活性炭吸附有机物性能的影响，研究发现，硝酸氧化可显著增加活性炭表面酸性基团的含量，提高活性炭的表面亲水性，但降低了活性炭的pH值，并造成活性炭的结构塌陷和比表面积的减少。伍喜庆等[10]以硫脲和甲醛为主要原料对活性炭进行了改性，并对改性活性炭的吸附性能进行了研究，实验表明改性活性炭对金的吸附容量比一般活性炭强得多。2.2腐殖酸类吸附剂腐殖酸类物质可用于处理工业废水，尤其是重金属废水及放射性废水，除去其中的离子。一般认为腐殖酸是一组具有芳香结构、性质相似的酸性物质的复合混合物。它的大分子由10个分子大小的微结构单元组成，每个结构单元由核(主要由五元环或六元环组成)、连接核的桥键(如-O-、-CH2-、-NH-)以及核上的活性基团所组成。已有研究表明，腐植酸分子结构中除了含有羧基、酚羟基、醌基等活性基团，还具有疏松的“海绵状”结构与巨大的表面积和表面能，所以具有良好的吸附性能。用作吸附剂的腐殖酸类物质有两大类，一类是天然的富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等，直接作吸附剂用或经简单处理后作吸附剂用；另一类是把富含腐殖酸的物质用适当的粘结剂做成腐殖酸系树脂，或造粒成型，以便用于管式或塔式吸附装置。我国从1973年开始，在处理工业废水方面，特别是在处理重金属废水方面，开展了大量的试验研究，先后有武汉冶金安全技术所、中国科学院土壤所、地理所、燃化所、华东化工学院、上海染料三厂、郑州大学化学系、吉林[7]戴芳天.活性炭在环境保护方面的应用[J].东北林业大学学报,2003,2(31):48-49.[8]丁洪斌,丁蕴静.活性炭再水处理中的应用方法研究与进展[J].工业水处理,2003,23(8):12-16.[9]范延臻,王宝贞.改性活性炭对有机物的吸附性能[J].环境化学,2001,20(5):444-448.[10]伍喜庆,黄志华.改性活性炭吸附金的性能[J].中国有色金属学报,2005,15(1):129-32.[11]梅建庭.风化煤对电镀废水中Pb2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+的吸附与解吸[J].材料保护,2000,33(6):15-16.[12]李增新,薛淑云.廉价吸附剂处理重金属离子废水的研究进展[J].环境污染治理技术与设备,2006,7(1):6-11.[13]陈彬,吴志超.沸石在水处理中的应用[J].工业水处理,2006,26(8):9-13.[14]陈国安.沸石处理重金属离子废水的试验研究[J].矿产保护与利用,2001,(6):17-19.[15]谢晓风,王京刚.有机沸石处理含铬废水的试验研究[J].金属矿山,2002,317(11):317-319.[16]陈秀芳.离子交换法在废水处理中的应用[J].科技情报开发与经济,2004,14(7):148-149,155.[17]耿建暖,仇农学,雷忠利.螯合吸附分离功能纤维的研究进展[J].功能高分子学报,2004,17(3):124-129.[18]陆耘,汤丽鸳,曾汉民.强酸型阳离子交换纤维对稀土和过渡金属离子的交换性能研究[J].离子交换与吸附,1993,9(5):433-438.[19]刘瑞霞,王亚雄,汤鸿霄.新型离子交换纤维去除水中砷酸根离