活性炭吸附去除重金属研究进展_郑少平

文章编号:1009-6825(2007) 14-0153-03

活性炭吸附去除重金属研究进展

郑少平 李卫平

摘 要:介绍了国内外学者应用活性炭吸附去除包括:Cr( ) , Cu 2+, Zn 2+, Cd 2+, Pb 2+, Mn 2+, Hg 2+以及混合重金属离子在内的各种废水的处理效果与影响因素, 并对相应的吸附机理进行了讨论, 以促进活性炭吸附去除重金属离子的进展。关键词:活性炭, 吸附, 重金属离子中图分类号:T U 992. 3

机械加工、矿山开采、钢铁及有色金属的冶炼和部分化工企业, 都产生大量含重金属离子的废水。如果未经处理或处理不达标, 则不能排放这些废水, 否则会造成环境污染。重金属离子在水体中的污染越来越引起人们的注意, 摄入过量的重金属会对人体造成严重伤害乃至危及生命。活性炭已广泛应用于水中有机污染物及无机污染物的去除, 诸多研究表明在重金属的去除领域, 活性炭吸附法具有技术简单、经济可行、效果良好等优点。

文献标识码:A

性炭在pH=4时达到最大吸附值, 吸附铜的合适pH 范围为2~6。

S. A. Dastg heib 制造的胡桃壳活性炭对水溶液中铜离子有较高的吸附能力, 比普通的商业活性炭的吸附能力强。张仲燕等用粉末活性炭处理含Cu -EDT A 废水, 通过严格控制pH 值和一定的活性炭量的条件下, 利用铜络合物特性和活性炭的表面电荷形式进行活性炭吸附法处理, 取得了良好的效果。黄国林等用颗粒活性炭动态吸附含Cu -EDT A 电镀废水, 发现废水的酸碱度和颗粒度是动态吸附处理的关键影响因素, 只要在操作过程中严格控制废水的pH=5~6和活性炭粒度80目~100目, 可达到很好的去除效果。

[4]

1 处理含铬废水

电镀废水是常见的含Cr( ) 废水, 活性炭吸附除Cr ( ) 法, 具有设备简单、占地面积小、投资省、处理费用低等优点, 因此很多学者对活性炭吸附Cr ( ) 的最佳工艺条件、数学模型及机理进行了研究。

陈立丰[1]用活性炭对电镀废水中的Cr( ) 进行间歇法和流动法吸附实验研究, 获得了吸附平衡时间, 最佳pH 值, 测得了吸附等温线和穿透曲线, 并从动力学角度测定了吸附速度和扩散系数。杨骏等应用固定床吸附动力学模型, 用两种煤质活性炭对不同浓度Cr ( ) 离子溶液进行吸附, 并用M arquadt 方法非线性回

3 处理含镉废水

R. Leyv a -R amos 等用活性炭F -400对Cd 2+的吸附进行了研究。发现Langmuir 吸附等温线比Freundlicb 更与实验数据相吻合。温度升高、吸附量下降, 在pH=8时, 吸附达到最大。木冠南等用氧化处理过的活性炭吸附Cd 2+, 经氧化处理后的活性炭对

2+

Cd 升有较强的吸附作用, 其吸附方式可能是以静电吸附行为为主, 各种表面活性剂均影响氧化活性炭对Cd 2+的吸附, 阴离子表面活性剂SDS 在浓度小于CM C 时能大大增加Ca 2+的吸附量, 阳归固定床吸附流出曲线数据, 获得了Cr( ) 在活性炭上的扩散传

2+

质系数。何争光等对电镀废水中Cr( ) 的吸附机理进行了探讨。离子表面活性剂能大大增加Cd 的吸附量, 非离子表面活性剂

则略微降低的Cd 2+吸附量。吴艳林[5]采用活性炭纤维(ACF ) 对在光电子能谱等实验的基础上, 提出了新的吸附机理:活性炭是

含Cd 2+模拟废水进行了静态和动态吸附研究, 测定了静态吸附通过氢键吸附Cr ( ) 的, 圆满地解释了活性炭的吸附及再生过程, 提出了提高活性炭吸附量的有效途径。刘晓明[2]论述了利用活性炭吸附法处理含Cr ( ) 电镀废水方法, 通过试验找出了最佳

吸附条件, 确定了吸附剂的用量, 吸附时间以及溶液pH 值对Cr ( ) 去除率的影响, 得出了活性炭对Cr( ) 的吸附等温线。宁平等利用微波照射 氯化锌(ZCM R) 法从废物中制取锯末活性炭及烤胶废料活性炭, 该法所制取的锯末活性炭具有吸附容量大、过滤速度快、操作控制方便等优点。其对电镀废水中Cr( ) 的吸附容量是市售一级粉末活性炭的1. 72倍~1. 8倍, 过滤速度是市售活性炭的1. 6倍~1. 7倍, 极限吸附量达21. 5mg/g ~22. 5mg/g 。李湘洲[3]分别用HNO 3, H 2SO 4以及HN O 3加乙酸铜溶液对活性炭进行了表面改性处理, 测定了它们的表面化学性能, 研究了改性活性炭对Cr ( ) 吸附性能的影响。实验结果表明:通过上述改性, 活性炭表面官能团数量发生了显著改变, 特别是羧基增加较多, 通过改性后的活性炭对Cr( ) 吸附性能有所提高。

等温线和动态穿透曲线, 并研究了pH 值、吸附平衡时间对处理效果的影响, 采用浓度为0. 03mol/L 的HCl 溶液作解吸液回收Cd 2+的综合效果较好, 静态法的吸附率和解吸率分别略高于动态法的吸附率和解吸率, 但动态法耗时短, 更符合工业化要求。范丽华等为改善活性炭对镉的吸附性, 将臭氧化技术引入吸附过程, 研究活性炭投加量、臭氧活化时间以及溶液质量浓度变化对活性炭吸附镉离子能力的影响。结果表明, 对于初始Cd 2+质量浓度为10mg /L 的吸附溶液, 最佳臭氧化时间为15min, 最佳吸附时间为1h, 活性炭的最佳投加量为1. 0g 时, 吸附后镉离子的质量浓度为0. 54mg/L ; 对于镉离子初始质量浓度为15mg/L 的吸附溶液, 最佳臭氧化时间为30min, 最佳吸附时间为1h, 活性炭的最佳投加量为1. 1g 时, 吸附后镉离子的质量浓度为0. 56mg/L 。

4 处理含铅废水

我国许多工厂每年都排出大量的低浓度含铅废水, 有许多未经妥善处理即排入水体, 给环境带来极大的危害。周勤[6]为了提高活性炭纤维(ACF) 对水体中重金属铅离子的吸附性能, 采用浓HN O 3对ACF 进行氧化改性, 并采用静态吸附法, 考察了不同实验条件对样品附铅离子的影响。实验结果表明:氧化改性后样品

2 处理含铜废水

含铜废水主要来自于电镀、冶炼、印刷及电讯器材等行业的生产过程中。M. Goyal 用两种颗粒活性炭和两种活性炭纤维分别吸附浓度在40mg/L ~1000mg/L 内的含铜废水, 发现颗粒活

收稿日期:2006-12-08

作者简介:郑少平(1966-) , 男, 硕士, 工程师, 湖南大学设计研究院, 湖南长沙 410082

李卫平(1982-) , 男, 助理工程师, 中冶长天国际工程有限责任公司, 湖南长沙 410007

对铅离子的吸附速率非常迅速, 吸附平衡时间仅需要5min; 氧化改性后ACF 在较宽的pH 值范围内保持着对铅离子较高的吸附性能。杨骏[7]采用两种煤质活性炭研究了其对不同浓度铅离子溶液的吸附, 应用固定床吸附动力学模型, M arquadt 方法非线性回归固定床吸附流出曲线, 获得了铅离子在活性炭上的扩散传质系数。结果发现, 孔扩散系数强烈地依赖于铅离子入口浓度:随着入口浓度的升高, 孔扩散系数变小。随后用上述扩散系数理论预测了其他操作条件下的流出曲线, 结果表明实验曲线与理论预测曲线能很好地相符, 动态法能可靠地获取固液吸附过程的吸附及扩散系数。张建策[8]以Pb 2+为例, 对活性炭去除水中重金属的性能与机理进行了探讨, 并研究了水中Ca 2+的存在对活性炭吸附重金属的影响, 实验表明:经硝酸深度氧化的活性炭可显著增加Pb 2+吸附量, 水中的Ca 2+和M g 2+对吸附影响不大。主要原因可能是Pb 2+的水合半径要小于Ca 2+, M g 2+等离子的水合半径而被活性炭优先吸附所致。

实验, 发现Zn 2+和Co 2+的存在不影响对Cu 2+的吸附, 但由于Cu 2+的存在, 对Zn 2+和Co 2+的吸附量将减少。J. P. Chen 和X. Y. Wang 对含Cu 2+, Zn 2+, Pb 2+的废水进行研究, 结果显示, 去除量:Cu 2+>Zn 2+>Pb 2+, 离子强度的增大可轻微地提高Cu 2+的去除率, 而对Zn 2+的去除率没影响。当加入EDT A 后, Cu 2+, Zn 2+的去除率显著提高, 而此时增加离子强度, 将降低Cu 2+, Zn 2+的去除率。K. Kadirvelu 等用椰壳炭处理Hg 2+, Cd 2+, N i 2+, Cu 2+废水, 对其进行了研究。V. Gomez -Ser rano 等用热处理和硫

2+

化过的活性炭吸附废水中的Hg , Cd 2+, Pb 2+, 结果显示pH 值是影响吸附的一个重要因素。张克荣等研究了Cu 2+, Zn 2+, F e 3+, M n 2+在活性炭上的吸附作用, 以及环境条件对吸附作用的影响。实验表明:它们在活性炭上的吸附强度顺序为F e 3+>Cu 2+>Zn 2+>M n 2+。所试离子除Fe 3+以部分FeOH 2+形式被吸附外, 其他均主要以离子形式与活性炭颗粒直接键合而被吸附。它们的吸附作用符合表面络合吸附模式, 以简化络合反应模式计算出的表面络合形成条件稳定常数大小顺序与实验结果一致。陈芳艳[12]以活性炭纤维作为去除水中镉、镍、铜三种重金属离子的吸附剂, 考察了振荡时间、水样pH 对吸附效果的影响。结果表明:吸附效率随着振荡时间的延长, pH 的增大而升高。三种重金属离子在活性炭纤维上的吸附可用L angmuir 和Freundlich 模式较好地描述。吸附形式呈单分子层且易于进行, 且吸附剂易于再生, 因此活性炭纤维可作为去除水中离子态重金属的优良吸附剂。综上分析可知:活性炭吸附法在重金属去除领域具有广阔的应用前景。今后研究的重点应为制备新型高强度活性炭, 并通过物理化学方法改善其表面性质, 从而进一步增加活性炭的吸附容量与吸附速率; 同时应加强吸附饱和活性炭再生技术的研究, 以有效降低成本。参考文献:

[1]陈立丰. 活性炭对电镀废水中Cr ( ) 的吸附 活性炭选择吸附的热力学和动力学方法[J].水处理技术, 1992, 18(3) :205-210. [2]刘晓明, 杨翠英, 宋吉勇. 用活性炭为吸附剂处理含Cr( ) 电镀废水探讨[J]. 山东科技大学学报, 2005, 24(2) :107-109. [3]李湘洲, 肖建军. 活性炭表面改性及其对Cr( ) 吸附性能的研究[J]. 化工进展, 2004, 23(3) :295-296. [4]张仲燕, 胡尤兴, 袁 艳, 等. 含Cu -EDT A 废水吸附法处理研究[J]. 环境科学, 1990, 11(5) :16-20. [5]吴艳林. 活性炭纤维处理含镉废水的研究[J]. 辽宁城乡环境科技, 2002, 22(10) :15-17. [6]周 勤, 肖乐勤, 陈 春. 氧化改性ACF 对铅离子吸附作用的研究[J]. 化工时刊, 2006, 20(7) :13-15. [7]杨 骏, 秦张峰, 陈诵英, 等. 活性炭吸附水中铅离子的动态研究[J]. 环境化学, 1997, 16(5) :423-427. [8]张建策, 毛立新. 表面改性对活性炭吸附重金属性能的影响[J]. 化工时刊, 2005, 19(12) :28-29. [9]木冠南, 杨春芬. 活性炭自溶液吸附锌(I 1) 离子及其配合物[J]. 物理化学学报, 1995, 11(2) :157-161. [10]张克荣, 张 瑶, 李崇福, 等. 活性炭对锰吸附作用研究[J]. 中国卫生检验杂志, 1994, 4(5) :273-275. [11]秦树林. 含汞废水治理技术的试验研究[J].浙江化工, 2005, 36(10) :35-36. [12]陈芳艳, 唐玉斌, 茅新华. 活性炭纤维对水中重金属离子的吸附研究[J]. 辽宁城乡环境科技, 2002, 22(2) :22-24.

5 处理含锌废水

锌污染主要来自于电镀工业和冶锌工业, 水体中过量的锌会

造成环境污染, 影响人类健康。木冠南[9]提出用氧化 负离子化法处理活性炭, 以表面酸度表征表面含氧基团的量, 探讨了活性炭对Zn 2+及其配合物的吸附特性。活性炭自溶液中吸附无机离子以静电吸附为主, 其吸附量主要取决于炭表面的含氧带电基团的量和电荷数。氧化 负离子化法处理活性炭, 外加适当的高价负离子, 选择适合的配体均能显著提高低pH 区内活性炭对无机阳离子的吸附能力。石太宏等对活性炭吸附Zn 2+的热力学及其机理进行了研究, 测定了不同温度下的吸附等温线。在稀溶液中吸附Zn 2+符合L angmuir 模型, 活性炭表面存在含氧官能团的吸附活性中心。由于吸附水合Zn 2+与炭表面含氧官能团之间相互作用, 导致水分子的脱附及H +的产生, 使其热力学函数 S 0增加。石太宏研究了在不同pH 、浓度、离子强度和配合剂的条件下, 活性炭自溶液中吸附Zn 2+及其配合物Zn -EDT A 的特性。活性炭在配合体系中吸附Zn 2+不同于简单Zn 2+的吸附, 简单Zn 2+的吸附主要是以静电吸附的机理进行, 而在配合物体系中, 可能在活性炭/水界面上发生配位吸附作用。徐艳丽等研究了未处理炭和氧化 负离子对锌离子的吸附, 发现未处理炭对锌离子的吸附符合Langmuir 吸附等温线。无论处理炭还是未处理炭其吸附量均受溶液pH 值的影响, 氧化 负离子炭对锌离子的吸附要好于未处理炭, 说明氧化后活性炭表面含氧基团增多, 有利于对Zn 2+的吸附。

6 对锰的吸附

张克荣[10]等研究了活性炭对M n 2+的吸附作用及环境条件因素对吸附作用的影响。实验结果表明, 活性炭对锰具有很强的吸附作用并明显依赖于溶液pH 值, 该吸附具有一定选择性, 吸附作用符合Freundlich 吸附等温式, 吸附方式符合表面络合吸附模式。

7 对汞的吸附

秦树林

[11]

采用硫化反应、混凝沉淀及活性炭吸附工艺, 对节

能灯行业的含汞废水进行试验研究。结果发现, 对Hg 2+浓度为

1. 6mg/L 的原水, 将废水pH 值控制在7~8, F eS, PAC 及活性炭投加量分别为1. 5mg/L, 50mg/L 和60mg/L 时, 出水Hg 2+浓度为8 g/L, 去除效率达到99. 5%。

8 处理混合重金属离子废水

J. P. Chen 等对同时存在Cu

2+

, Zn

2+

, Co

2+

的废水进行吸附

文章编号:1009-6825(2007) 14-0155-02

和睦 新天地二次供水方案探析

贺学燕

摘 要:分析了小高层二次供水常见的几种方式的优缺点, 并对这几种供水方式综合进行了经济和技术比较分析, 同时提出了选择方案的原则, 指出供水方案的选择应从实际出发, 选择适合的方案, 以争取最大的利益和价值。关键词:小高层, 二次供水, 技术, 经济中图分类号:T U 991

随着城市建设的不断发展, 建设用地越来越紧, 出现了很多象 和睦 新天地 (11+1F) 这种小高层建筑。然而, 自来水厂通过城市输、配水, 水压一般在2kPa~3kPa 左右, 市政压力不能直接给其供水, 这就涉及到二次增压供水的问题。当前研究和探讨这类问题, 是十分必要的。文中仅对小高层建筑的二次供水进行讨论, 请专家和同行们提出宝贵的意见和建议。

文献标识码:A

出水压力不变, 根据用水量大小进行变频供水(压力相当稳定) , 既节约电能(>40%) , 又保证水泵软启动(对电网电压冲击不大) , 延长了水泵寿命。各台水泵自动轮换使用, 即最先投入使用的水泵最早退出运行, 这样, 各台水泵寿命均等, 而且, 一旦水泵出现故障, 该系统能自动跳过故障泵运行。还能自动调整压力损失, 维护系统压力恒定, 满足末端压力要求。从造价上看也较省, 一般10万元左右一套, 只需考虑水泵房的变频供水设备费、地下贮水池费, 不需要屋顶水箱, 还可减少屋顶水箱的二次污染和保证顶层的供水压力。

但是, 在实际使用中却遇到了许多问题。虽然该设备可以完全自动化, 无需人员看管, 但水泵在自动切换时(卸载或加载时) , 水泵供水会出现短暂的低压, 特别是电脑判断有故障需跳过故障泵运行时, 时间会更长。集中供水还有一最大的毛病, 一旦供水系统有问题, 几百户人家都无法供水。而且, 变频控制柜出现故障, 一般的电工无法处理, 需要厂家专业技术人员来解决, 造成设备不能及时维修, 供水无法保证, 还存在对地下水池(箱) 定期的消毒、清洗等。2) 这种方式是较古老的水泵、水箱供水方式。水泵控制柜采用最简单的电器元器件, 如出现故障, 普通的电工就能维修, 而且元器件的费用也低, 再加上有高位水箱, 不会造成一停电就停水, 供水保障率高。但是, 这套系统的智能化太低, 泵的交替运行靠手动, 也就是说, 运行泵不出故障, 备用泵是不会启动的, 就会出现一台泵是用坏的, 而另一台泵是锈坏的情形。另外, 它的电能消耗也大, 运行成本高, 后期物业管理困难, 也需要对屋顶水箱定期的消毒、清洗。3) 这种方式是以上两种供水方式的结合。它的供水保障率更高, 一旦水泵出故障, 只影响该单元的住户。由于有屋顶水箱, 高水位时停泵, 低水位时启泵, 这样, 水泵也有了停息时间, 既省电又不至于一停电就停泵无水供应, 用水有了保障。

但是, 这种方式一次性投资较大, 每个单元都要设增压器、单元屋顶水箱, 还有各单元小水泵房土建费用。另外, 水泵数量增加许多, 出现故障的几率也相应增加, 也会给管理带来麻烦。所以, 选择品质优良、性能卓越的单元供水设备尤为重要。

1 常见几种供水方式

1. 1 水池 水泵(恒压变频或气压罐) 用水点

此方式是集中供水。象 和睦 新天地 , 一、二层是商业房、三层以上是住宅的建筑采用了此种供水方案(一、二层由市政直

接供水) 。设计有地下生活水池(箱) 一座, 集中恒压变频供水, 不设屋顶水箱, 最不利用水点是顶层住宅。主水泵一般有两台, 一用一备自动切换, 用水高峰可两台同时工作, 附泵为一小流量泵, 夜间用水量小时主泵自动切换到附泵, 以维持系统压力基本不变。

1. 2 水池 水泵 高位水箱 用水点

此方式也是集中供水。单幢小高层和高层建筑的高压供水区较多采用该种方案。一般也需要设计有一座地下水池(箱) , 通过两台水泵(一用一备) 抽水送至高水箱, 再由高位水箱向下供水至各用水点。

1. 3 单元水箱 单元增压泵 单元高位水箱 单元用水点

此方式已简化为单元总水表进水。单元水箱和单元增压泵实际上是一个整体, 称之为单元增压器。

1. 4 无负压罐 水泵 用水点

此方式叫变频无负压自动增压供水, 为近年来的新产品。通过无负压装置直接与市政管网连接, 减少了生活用水的二次污染。因为它有很多优点, 为目前开发商的首选。

1. 5 水箱、无负压罐 水泵 用水点

此方式叫无负压自动箱式泵站。它比第四种方式多了储水功能。

2 经济和技术的比较

1) 此种方式是较为理想和普遍的。首先恒压变频供水保证

Summary of study on heavy metal ions adsorption removal by activated carbon

ZHENG Shao -ping LI We-i ping

Abstract:T he progress on study results and influence factors of adsorption process to remov al heav y metal ions using activated carbonw er e sum -marized. T he heavy metal ions ar e as follow s:Cr ( ) , Cu 2+, Zn 2+, Cd 2+, Pb 2+, M n 2+, Hg 2+and the mixture of several kinds of ions men -tioned above. T he adsorption mechanisms w er e also discussed, to accelerate t he develop of absor bing metallic ion o f activated carbon. Key words:activated car bon, adsor ption, heav y metal io ns

收稿日期:2007-02-07

作者简介:贺学燕(1971-) , 男, 工程师, 成都中铁二局宏源房地产综合开发公司, 四川成都 610031