物理吸附治理废水的研究进展

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1、 物理吸附法在治理废水方面的研究进展1. 前言：随着现代工业的发展和生活水平的日益提高，人类的生存环境也发生 了重大变化。工业的发展无疑为经济的发展做出了很大的贡献，但是由于部分 企业缺乏合理的计划和管理，也对人类和社会造成了环境的污染和水的污染。 环境与水资源与人类生活息息相关，因此对污水的治理和净化就显得尤为重要。对于废水的治理问题，近年来有很多方面的研究，化学沉淀、溶剂萃取、 离子交换、电化学还原法、渗析、催化降解法、吸附法等方法一直被广泛采用。 吸附技术是一种非常重要的手段，因操作简便，成本相对较低从而能够得到广 泛的应用。总结了近几年的有关物理吸附法治理污水的技术并对近年来的有关 治

2、理废水的技术做了简单的综述。 2. 物理吸附主要是运用物质的一些物理性质对废水中的金属离子进行吸附处理， 近年来主要的物理吸附的方法有活性炭吸附、分子筛吸附、壳聚糖吸附、一些 改性材料的吸附、活性污泥吸附、纤维吸附技术、树脂螯合吸附及一些复合材 料（如凹凸棒）的吸附等多种方法，在这里只对物理吸附中的几种进行了综述。2.1 活性炭吸附的应用进展 活性炭具有巨大的表面积，化学性质稳定，无二次污染，因此活性炭作为 万能吸附剂在各种废水特别是水的深度净化中越来越受到人们的重视。对于活 性炭的吸附问题最早研究的就是单纯的活性炭吸附，随着研究技术的发展活性 炭的吸附问题扩展到利用活性炭联合其它物质进行吸附

3、，从而提高了活性炭吸 附的效率和质量。 赵玉华1等就活性炭固定床吸附处理城市污水进行了实验，活性炭对水中 的有机物、色度和浊度有较好的吸附性能。张锐坚2等人做了关于活性炭吸附 处理水中苯酚污染的研究，傅金祥3等人做了粉末活性炭吸附工艺应急处理苯 酚污染的实验，他们都采用含苯酚的水模拟突发的苯酚水污染,进行粉末活性炭 (PAC)对苯酚的吸附性能以及投加工艺参数的试验，包括 PAC 的种类、投加量 及苯酚的初始浓度等试验参数，结果表明对突发的苯酚污染,投加粉末活性炭是 切实可和行的应急处理措施。李硕文4将活性炭吸附和 H2O2的氧化性质结合起 来对染色废水的处理取得了较大的进展，实验用 6 种配置

4、的模拟废水为原料， 分别用 H2O2氧化法、活性炭吸附和活性炭吸附H2O2氧化法进行处理，比较 处理效果可知活性炭可以增强 H2O2的催化氧化能力，同时两者结合也有较强的 脱色和去除 COD 效果，提高了活性炭的处理能力及延长了工作周期。梁霞5等 研究的污泥基活性炭吸附 Cu2+和赵芝清6等研究的污泥活性炭吸附含 Cr()废 水的实验中都用 ZnCl2为活性剂制取污泥活性炭，研究含重金属离子的废水的 浓度，PH 值对污泥活性炭吸附量的影响，探究出了吸附重金属离子的最佳条件。活性炭作为优良的吸附剂广泛用于污水处理，但是在污水处理中活性炭只 适用于浓度较低的废水或深度处理，对有机废物的吸附效果较差

5、，同时吸附后 的活性炭表面的有机物难以处理，即活性炭的再生费用较高，因此活性炭吸附 法的应用受到限制。但是如果对活性炭进行适当的改进则活性炭的吸附性能就 会发生质的变化，可以克服单纯的活性炭吸附的缺点。 2.2 分子筛吸附的应用进展 分子筛对废水中的重金属离子有较好的吸附作用，对分子筛的吸附研究这里只介绍中孔分子筛和介孔分子筛吸附重金属离子的研究。王英滨6以十六烷基溴化铵为模版剂，水玻璃为硅源合成中孔分子筛 MCM- 41，通过 X 射线衍射分析、比表面积及孔径分布测试、透射电镜分析等的手段 对合成样品进行了表征，合成的分子筛孔径主要集中在 24nm,平均孔径在 3.6nm，比表面积在 104

6、7m2/g，研究其对水中 Cr6+的吸附动力学，探究吸附机 理和温度对 MCM-41 吸附 Cr6+的影响，为分子筛作为吸附剂处理重金属离子提 供了理论依据。介孔分子筛的研究较多7-8主要探讨的就是介孔分子筛吸附污水 中的重金属离子时污水的温度、PH 值、吸附时间及吸附剂的用量对吸附效率和 吸附量的影响，同时初步探究出介孔分子筛的吸附机理和吸附动力学方程，结 果表明介空分子筛对重金属离子有较好的吸附能力，虽然他们都是研究的介孔 分子筛对重金属离子的吸附作用，但是他们的方法不同，都分别从不同的角度 利用不同的仪器进行了研究，并取得了进展，不足之处就是他们的实验对象都 是经配置的含重金属离子的溶液

7、并没有落实到对污水中的重金属离子的吸附上， 他们的实验结果能够为以后的进一步研究提供理论依据。分子筛对废水的吸附 不仅仅限于对重金属离子的吸附，同时也包含对污水中各种有机物的吸附，秦 庆东9研究开发了功能化介孔氧化硅材料，将其应用于水处理过程中。根据水 中不同污染物的特性分别考查了甲基化 MCM-41 吸附去除硝基类化合物的效果 和氨基化 MCM-41 对水中酸性染料的吸附情况及巯基化 MCM-41 吸附去除水中 Hg()的效果，同时对它们分别进行了改性的尝试，探究了不同的改性后 MCM-41 的表征和吸附特性。分子筛是一种无毒，环境友好的净化污水的无机材料或无机-有机复合材 料，其吸附速率非

8、常快，吸附率高，吸附量大，是一种高效的净化吸附剂，能 够循环利用，并且在循环利用的过程中质量和吸附性能变化不大，吸附的污染 物易被回收和利用，不会造成二次污染。目前分子筛已被广泛用于废水处理和 有机物的降解，但是我国对分子筛处理废水的研究尚处于实验室研究阶段，许 多技术并不成熟，并没有实现工业化。选择廉价的、选择性能高且能大规模生 产的介孔分子筛的技术方法将成为发展方向之一。 2.3 壳聚糖吸附的应用进展 利用壳聚糖处理废水研究最多的是处理印染废水，在这方面有较多的报道。 张万瑞10等人以壳聚糖为吸附剂吸附活性翠蓝，探究了吸附剂的用量，PH 值， 温度，时间对吸附量和脱色率的影响，及染料浓度对

9、吸附剂吸附量的影响，实 验结果表明壳聚糖对活性翠蓝有非常好的吸附性能，那么壳聚糖在吸附印染废 水方面就会有广阔的发展前景。同时通过 IR 和 SEM 分析探究出了壳聚糖吸附 活性翠蓝的机理，证实了壳聚糖确实吸附了活性翠蓝。虽然这只是一个模拟印 染废水的实验，不过为其在印染废水中的应用提供了理论依据。丁纯梅11等利 用酸性大红 GR，活性 K-GL 翠蓝及印染废水对壳聚糖的吸附性能进行了探究， 综合各方面的影响因素得出了在常温下壳聚糖对印染废水的吸附和脱色率的最 佳条件，丁纯梅将壳聚糖处理印染废水的实验进行了由模拟到现实的过渡。郭 肖青12等人利用化学交联法将壳聚糖同戊二醛交联制成壳聚糖树脂（C

10、CTS） ， 所得的树脂具有较好的交联度和耐腐蚀性，增加了壳聚糖的稳定性，可以在酸、 碱环境下使用，使壳聚糖吸附废水的应用范围更广。重要的是壳聚糖树脂吸附 性能好并且吸附染料后可以在稀酸溶液中迅速脱附再生，可循环利用，再生的 壳聚糖树脂的吸附性能的变化不大。这为壳聚糖的重复利用提供了理论依据和 可能性。程刚13等人制备的水溶性壳聚糖作为絮凝剂分别对活性兰染料水样，印染废水，洗瓶废水，食品废水的吸附性能做了研究，同时与不溶性壳聚糖做 了对比，水溶性壳聚糖的溶解性和活性及去除率都较不溶性壳聚糖要好，在水 处理方面适用范围更广，实用性更强。而李琼14等人通过研究壳聚糖对含铅废 水的吸附性能，从壳聚糖

11、的加入量，体系的 PH 值，及吸附时间等方面做了实 验，对寻找处理含铅废水的方法开辟了一条新的途径，将壳聚糖只在印染废水 方面的应用扩展到治理含重金属的废水，扩大了壳聚糖的应用范围。 由于印染废水组成的复杂性和多样性，并且印染废水向着抗光解、抗氧化、 抗生物氧化的方向发展，因此利用常规废水处理技术不仅难以去除而且容易造 成二次污染。壳聚糖是从虾蟹和昆虫的外壳及藻类的细胞壁中提取的一种天然 高分子，原料廉价易得，具有生物降解性，低毒性，和良好的生物相容性和抗 菌性的优点，同时它的性能稳定，吸附量大，易于回收。壳聚糖的这些优点使 得它在印染废水的处理上具有一定的优越性，同时在对重金属离子的处理上也

12、 有一定的吸附效果。 2.4 改性材料吸附的应用进展将改性材料应用于废水的处理也是近些年人们比较关注的事，人们在对普 通材料的物理结构，化学成分和表面化学特性的基础上对其进行化学改性，改 性后的材料具有未改性的材料所不具有的一些优点，利用改性材料的吸附作用 处理污水的技术有很多，在这里只简单介绍改性粉煤灰、改性活性炭和其他改 性技术在污水处理方面的应用。对粉煤灰的改性主要有酸改性，碱改性，盐改性等方法。刘文辉15等分别 以硫酸，盐酸以及硝酸对粉煤灰进行改性，之后对三种改性后的粉煤灰的吸附 色度进行考察，结果表明用盐酸改性粉煤灰对染料废水进行脱色处理效果较好。 王群16等利用硫酸改性粉煤灰对已印

13、染废水中的 COD 进行了脱除处理，探究 出脱除处理的最优条件和脱除率。徐姝颖17等以改性粉煤灰为吸附剂处理含 Cr6+废水，考察了不同质量分数的氢氧化钠改性粉煤灰对 Cr6+的吸附性能。利 用氯化铁晶体在 H2O2的作用下对粉煤灰进行改性18，并将改性后的粉煤灰吸 附处理与高级氧化和生物处理进行优化组合探索得到简单有效地处理奥里油废 水的组合工艺。实验可知改性粉煤灰不仅具有良好的预处理效果，而且具有较 好的后处理能力。而通过优化组合得到改性粉煤灰一次吸附湿式均相催化氧 化厌氧生物处理改性粉煤灰二次吸附组合工艺，该工艺操作条件简单温和， 对高浓度难生物处理的奥里油废水的吸附效果明显，可达到废水

14、一级排放标准。 到目前为止，对改性粉煤灰的水处理方面的应用研究已经涉及了工业废水、生 活污水、藻类废水以及矿井水等各方面。随着改性条件的不断优化，改性粉煤 灰可以发挥出更大的潜能。目前的研究多停留在实验室阶段，对改性粉煤灰如 何扩大到工业应用还未进行系统的探讨，对设备的选择、工艺的选取、工艺参 数的确定以及如何处理饱和吸附产物等问题还需要进行更加深入的论证。为早 日实现改性粉煤灰的工业化利用，真正实现循环经济、以废治废的目标，还需 要进行大量的科学试验和探索，是今后科学研究的一个方向。 对活性炭的改性主要就是以活性炭为吸附剂，加入一些活化剂从而改变活 性炭的一些吸附特性。杨雷19等以城市污水厂

15、污泥为原料，以氯化锌为活化剂， 添加 FeCl3改性制备活性炭，用以吸附模拟废水中的 Cu2+。将制备的活性炭放 入浓度为 400450mg/L 的硫酸铜溶液中，研究污泥活性炭制备过程中 ZnCl2浓 度、活化时间、活化温度以及 FeCl3的添加量对污泥炭吸附能力的影响规律， 为污泥活性炭工业应用提供了参考数据。而张蕊20以活性炭为吸附剂研究了三种表面活性剂阳离子表面活性剂十六烷基溴化铵(CTAB)、阴离子表面活性剂 十二烷基硫酸钠(SDS)、非离子表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)对 商品活性炭的表面改性，探讨了表面改性对活性炭吸附溶液中不同类型染料的 影响，筛选出表面

16、活性剂种类与染料类型的最佳组合。同时为了扩大活性炭生 产来源，提高活性碳市场供应量，还研究了以稻壳为原料、以氢氧化钠和磷酸 为活化剂制备的稻壳基活性炭的特性，及其对 Cr、Cd、Cu、Zn 的吸附性能。 表面活性剂改性活性炭制备条件简单易行，活性炭对改性剂吸附稳定，无二次 污染，在生产实践中易推广，可以应用到废水的治理中去。 除此之外，改性材料还有很多，例如，党玮21等针对水体富营养化的问题， 尝试了以硅藻土为原料，采用经实验室处理加入 Al3+后的改性硅藻土作为吸附 剂，以实验室配制得含磷废水为吸附对象，研究了硅藻土用量，搅拌时间，磷 初始浓度，PH 值以及温度等因素对磷吸附效果的影响，得出了最佳实验条件， 并初步探索了其吸附机理。胡巧开22将某黄磷生产厂的含磷废水用石灰处理后 剩余的低浓度的含磷废水再用 Al3+改性的膨润土进行吸附的深度处理。探讨了 用此改性膨润土处理低浓度含磷废水的最佳工艺条件。此外，处理废水后的膨 润土还可作为农田肥料，既能为农作