固體吸附劑對(duì)重金屬元素吸附脫除的研究

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1、ｓｕｎｓｈｉｎｅ固體吸附劑對(duì)重金屬元素吸附脫除的研究李宇輝（華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院廣東廣州510000）摘要：固體吸附劑對(duì)重金屬的排放具有吸附作用,并且吸附劑對(duì)不同的重金屬元素的吸附有選擇性。吸附劑吸附重金屬元素是通過物理吸附和化學(xué)吸附,其中它們?cè)谖竭^程中是共存的。通過添加固體吸附劑來抑制重金屬的排放被廣泛認(rèn)為是一項(xiàng)有前景的技術(shù)。本文主要以燃煤飛灰和活性污泥兩種固體吸附劑為例，探究固體吸附劑對(duì)重金屬元素的吸附機(jī)理和對(duì)不同對(duì)象的吸附效果。關(guān)鍵詞：固體吸附劑重金屬燃煤飛灰活性污泥現(xiàn)在的很多工業(yè)部門，在其生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣、廢水中，都會(huì)含有或多或少的重金屬元素。這些重金屬元素

2、如果不經(jīng)過處理而直接排放，不僅會(huì)嚴(yán)重污染大氣和水體，造成生態(tài)破壞，而且會(huì)通過各種途徑在人體內(nèi)富集，對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生長期的、不可想象的危害。因此，研究出一種對(duì)重金屬元素有良好吸附脫除作用的吸附劑有非常重要的意義。通過添加固體吸附劑來抑制重金屬的排放被廣泛認(rèn)為是一項(xiàng)有前景的技術(shù)。在不同的環(huán)境下，對(duì)不同的吸附對(duì)象要用不同的固體吸附劑，下面來舉兩個(gè)例子：㈠燃煤飛灰對(duì)廢氣中重金屬元素的吸附煤是我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比重最大的燃料。煤中的痕量重金屬元素，在煤燃燒過程中，隨著溫度的升高，痕量元素如Hg、Pb、Cr、Cd等會(huì)揮發(fā)出來并附著在亞細(xì)微米顆粒上，隨之排入大氣中，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體造成危害。

3、亞細(xì)微米顆粒在大氣中主要以氣溶膠形式存在，不易沉降，其化合物不易被微生物降解，可以在人體內(nèi)沉積，并可以轉(zhuǎn)化為毒性很大的有機(jī)化合物?，F(xiàn)有的除塵設(shè)備對(duì)直徑小于1μm的顆粒的捕獲效率不是很大，目前比較經(jīng)濟(jì)有效的方法是采用固體吸附劑對(duì)其進(jìn)行控制，以減少金屬揮發(fā)的數(shù)量和捕獲揮發(fā)的金屬蒸氣。這種方法是通過物理吸附和化學(xué)反應(yīng)固定痕量金屬化合物,并將它們轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無害的形式。國內(nèi)外研究表明，固體吸附劑對(duì)煙氣中的金屬蒸氣的清除非常有效。[1]　煤燃燒過程中生成的飛灰實(shí)際上是一種吸附痕量重金屬的固體吸附劑,而飛灰結(jié)構(gòu)和組分，灰中含碳量以及煙氣溫度等因素對(duì)飛灰吸附脫除痕量重金屬有不同的影響。研究

4、表明,這種吸附脫除機(jī)理是一種復(fù)雜的物理吸附和化學(xué)反應(yīng)及化學(xué)吸附的組合,飛灰本身的結(jié)構(gòu)特性和化學(xué)組分對(duì)痕量元素的吸附影響很大,煙溫也是關(guān)鍵的影響因素,而灰中含碳量對(duì)其影響很小。[2]煤中的痕量重金屬元素在高溫下從煤中釋放出來,一部分汽化后呈氣態(tài)存在,在煙氣逐漸降溫的過程中,痕量元素蒸氣會(huì)形成很小的氣溶膠基核,并在其周圍的灰粒上凝結(jié)富集,其凝結(jié)的數(shù)量與痕量元素的揮發(fā)性及灰粒比表面積的大小有很大關(guān)系,而痕量元素的揮發(fā)性是與痕量元素在煤中的賦存形態(tài)以及燃燒工況(主要是溫度和氣氛)等因素有關(guān);ｓｕｎｓｈｉｎｅｓｕｎｓｈｉｎｅ灰粒比表面積的大小則與灰粒粒徑和孔隙結(jié)構(gòu)特性因素有關(guān)。這些因素

5、均表現(xiàn)出物理吸附的特征。實(shí)際上,對(duì)于痕量元素,除了物理吸附外,還存在著化學(xué)吸附。這是由于灰粒含有多種礦物質(zhì)組分,包括多晶體的聚合物、非晶體和玻璃狀礦物質(zhì),其主要成分(表1)為K、Na、Ca、Si、Fe、Al和Ti等,主要以氧化物、硅酸鹽和鋁硅酸鹽形式存在。當(dāng)然,灰粒里面還存在一些痕量元素,一般都以非水溶性形態(tài)存在于硅酸鹽和鋁硅酸鹽晶格上。這些礦物質(zhì)組分在一定溫度條件下可以和痕量元素蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),以新的化合物吸附在灰粒上。顯然,這種化學(xué)吸附與痕量元素物理化學(xué)性質(zhì)、灰中礦物組分以及煙溫等因素有關(guān)。[3]華中科技大學(xué)的許綠絲等人通過對(duì)小龍?zhí)逗置汉推巾斏綗熋簝蓚€(gè)地方的煤樣在馬弗爐

6、中燃燒，并采用美國熱電儀器系統(tǒng)公司生產(chǎn)的痕量掃描等離子體發(fā)射光譜儀(ICPAES)測(cè)定灰中痕量元素，得出以下結(jié)論：(1)飛灰本身的結(jié)構(gòu)特性和化學(xué)組分對(duì)痕量元素的吸附影響很大,其中煙煤灰對(duì)Cd的吸附量要高于褐煤灰,褐煤灰則對(duì)Se吸附量更大。(2)煙溫是影響痕量元素吸附脫除的關(guān)鍵參數(shù),對(duì)于Cd元素,溫度高則吸附脫除量大,但對(duì)Se則不然。(3)飛灰含碳量對(duì)Cd的吸附影響不大;對(duì)揮發(fā)性較強(qiáng)的Se有一定影響,其吸附脫除量隨含碳量增加而有少量增加。[4]㈡活性污泥對(duì)廢水中重金屬元素的吸附由于種種原因,城市生活污水中含有一定量的重金屬,這些重金屬在處理過程中如何變化,在污水和污泥中如何分布

7、,有哪些重要因素影響它們的行為,都是值得研究的問題.針對(duì)我國城市生活污水的水質(zhì)和成分,研究活性污泥法在不同條件下處理城市生活污水過程中重金屬的行為,可以為污水處理過程中條件的控制和污泥的處理提供理論依據(jù).影響活性污泥對(duì)重金屬的去除的影響因子主要可分為操作參數(shù)、物理或化學(xué)因子、生物因子.其中操作參數(shù)有:SVI(ｓｕｎｓｈｉｎｅｓｕｎｓｈｉｎｅ污泥體積指數(shù))、有機(jī)負(fù)荷、泥齡、MLSS、DO、吸附時(shí)間、馴化程度等。[5]國內(nèi)外諸多研究表明,活性污泥ECP(胞外多聚物)能大量吸附溶液中的金屬離子,尤其是重金屬離