廢麥糟生物吸附劑深度凈化水體中砷、鎘的研究.pdf

1、重金屬?gòu)U水排放不僅造成資源浪費(fèi)，而且已成為飲用水源最大的安全隱患之一，其治理一直是世界環(huán)保領(lǐng)域的重大課題。目前，重金屬?gòu)U水的處理一般采用傳統(tǒng)的石灰中和沉淀等化學(xué)法及離子交換、活性炭吸附等物理化學(xué)法，存在難以實(shí)現(xiàn)深度凈化或成本過高等不足；另外，目前我國(guó)廢麥糟年產(chǎn)量已達(dá)1000多萬t，大多堆存處置，造成嚴(yán)重污染。因此，開展重金屬?gòu)U水深度凈化及廢麥糟綜合利用等相關(guān)研究對(duì)保護(hù)環(huán)境具有重要意義。 基于生物吸附法快速、經(jīng)濟(jì)、不可逆、環(huán)境友

2、好等特性以及廢麥糟量大易得的特點(diǎn)，同時(shí)為了順應(yīng)我國(guó)于2007年7月1日起在全國(guó)范圍實(shí)施的新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2005)，即將飲用水砷標(biāo)準(zhǔn)從0.0.mg/L降低到0.0.mg/L，鎘的標(biāo)準(zhǔn)為0.00.mg/L。本課題選擇廢麥糟作為生物吸附劑的原料，以工業(yè)廢水中具有代表性的陰離子砷(Ⅲ，V)及陽離子鎘(II)為處理對(duì)象，提出了“廢麥糟生物吸附劑深度凈化水體中砷、鎘”新思路，系統(tǒng)研究了生物吸附劑處理工藝參數(shù)及凈化機(jī)理；突

3、破了傳統(tǒng)工藝處理過程需將As(Ⅲ)氧化成As(V)再進(jìn)行處理的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了高效凈化脫除水中砷、鎘離子的目標(biāo)。 研究了廢麥糟生物吸附劑處理As(Ⅲ)、As(V)及Cd(II)的吸附行為。篩選了深度凈化砷、鎘離子的廢麥糟改性劑Ca(OH)2，Ca(OH)2的改性大大地提高了砷、鎘離子的凈化效率，比NaOH改性的廢麥糟對(duì)As(Ⅲ)、As(V)及Cd(II)的吸附去除率分別提高了83.4％、37.4％和14.6％。粒度小于0.83

4、3 mm的廢麥糟經(jīng)改性后制備的生物吸附劑僅需1 g/L的用量即可使砷、鎘離子的凈化效率達(dá)到最大，且其顆粒粒徑對(duì)其凈化砷、鎘離子的影響不大；在283 K-313 K范圍內(nèi)，反應(yīng)溫度的升高有利于廢麥糟對(duì)As(Ⅲ)和As(V)的吸附，卻不利于對(duì)Cd(II)的吸附。吸附等溫方程模擬分析表明，Langmuir等溫式能很好地?cái)M合生物吸附劑對(duì)砷、鎘離子的吸附，在30.K時(shí)廢麥糟生物吸附劑對(duì)As(Ⅲ)、As(V)及Cd(II)吸附的最大吸附量分別為2.

5、125 mg/g、3.089 mg/g、2.166 mg/g。 采用ζ-電位、紅外光譜、能譜以及X射線衍射等手段研究揭示了廢麥糟生物吸附劑對(duì)砷、鎘離子的吸附機(jī)理。廢麥糟表面主要為纖維素和木質(zhì)素的特征官能團(tuán)，生物吸附劑對(duì)砷、鎘離子的吸附主要發(fā)生在細(xì)胞壁上，而且主要表現(xiàn)為靜電吸附，其吸附作用的最佳pH值范圍分別為11.5～13.0、11.5～13.0、8.0～11.5。生物吸附劑對(duì)砷、鎘離子高效凈化不僅因?yàn)楦男詣┡cAs(Ⅲ)、As

6、(V)作用分別生成Ca5(AsO4)3(OH)及Ca5(AsO3)3(OH)·4H2O，與Cd(II)作用生成Cd(OH)2，而且生物吸附劑表面的羧基、羥基基團(tuán)與砷、鎘離子發(fā)生作用，羧酸中羥基被亞砷酸根(砷酸根)取代生成羧酸衍生物；羧酸中H還被親核取代生成羧酸鎘。 建立了廢麥糟生物吸附劑固定床吸附柱動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，且計(jì)算了不同操作條件下的穿透曲線。利用多種反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程探究了廢麥糟生物吸附劑對(duì)砷、鎘離子的吸附反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程。研

7、究表明，廢麥糟吸附As(Ⅲ)、As(V)和Cd(II)的吸附反應(yīng)是一個(gè)先快后慢的過程，符合準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，而且吸附的qt對(duì)t0.5曲線在50～90 min內(nèi)為不通過原點(diǎn)的直線，說明顆粒內(nèi)擴(kuò)散不是控制廢麥糟生物吸附劑對(duì)砷、鎘離子凈化過程的唯一步驟，而是由膜擴(kuò)散和顆粒內(nèi)擴(kuò)散聯(lián)合控制。與外擴(kuò)散速率相比，顆粒內(nèi)擴(kuò)散速率大小是決定整個(gè)吸附反應(yīng)速度的關(guān)鍵。動(dòng)態(tài)工藝研究表明，穿透曲線的形狀與溶液的進(jìn)口流速、吸附質(zhì)初始濃度以及吸附床層高度等條件有

8、關(guān)。動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的吻合，驗(yàn)證了該模型在一定程度上的可靠性和正確性。 針對(duì)實(shí)際工業(yè)廢水存在其它共存離子的特點(diǎn)，考察了體系中多種陰離子及陽離子對(duì)廢麥糟生物吸附劑深度凈化砷、鎘離子的影響，同時(shí)對(duì)砷、鎘共存的行為進(jìn)行了剖析。篩選了解吸劑，并探求了解吸溫度對(duì)吸附于廢麥糟中砷、鎘離子的解吸效果及生物吸附劑的再生利用行為；并進(jìn)行了廢麥糟生物吸附劑用于深度凈化湖南某冶煉廠外排廢.水的連續(xù)化實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，進(jìn)水流