吸附法水处理技术应用进展 12页

'吸附法水处理技术应用进展　　摘要：吸附法是水处理中一项非常重要的技术，本文介绍了吸附的概念和原理，着重分析了吸附技术在水处理中的应用进展并讨论了水处理中一些常见的吸附技术，同时对影响吸附法进展的吸附剂进行了简单介绍。关键词：水处理吸附技术吸附剂应用Abstract:Adsorptionmethodisanimportanttechnologyinwatertreatment,thispaperintroducestheconceptsandprinciplesofadsorption,emphaticallyanalyzestheprogressintheapplicationofadsorptiontechniqueanddiscussedsomecommonadsorptiontechnologyinwatertreatment,andalsohaveasimpleintroductionofadsorbentwhichinfluencetheadsorptionprogress.Keywords:watertreatmentadsorptiontechnologyadsorbentapplications中途分类号：TK223.5文献标识码：A引言12 随着人口的增长和现代工业的迅猛发展，对环境带来的污染日益严重，特别是水体的污染，已经引起了当今世界各国的普遍关注。治理水污染已经成为当前全球水资源可持续利用和国民经济可持续发展的重要战略目标。为了合理地开发利用更水资源，降低水污染对环境的破坏和对人类生活的危害，必须对水体进行科学的处理[[1]刘洪涛，徐冠华，朱果逸.先进水处理技术研究进展.水处理技术，2008，34(4).]。为了满足各种水质的不同标准，各种各样的水处理方法被广泛使用，常见的主要有混凝、沉淀和澄清、浮选、过滤、膜分离、吸附、离子交换、中和、氧化还原等物理化学方法和一些好氧和厌氧的生物处理方法[[2]李圭白，张杰，等.水质工程学.北京：中国建筑工业出版社，2005.]，本文主要对吸附法在水处理中的应用进展展开讨论。1吸附技术的概述1.1吸附的概念吸附（Adsorption）作用实质上是一种界面现象。在两相界面层中，某物质的浓度能够自发地发生富集的现象。1.2吸附的原理吸附主要分为两种情况，即物理吸附和化学吸附。物理吸附过程中物质不改变原来的性质，吸附能小，被吸附的物质很容易再脱离；化学吸附在吸附过程中不仅存在力，还由于固体表面存在不均匀力场，表面上的原子往往还有剩余的成键能力，会产生吸附化学键的吸附作用[[3]梁东来.吸附技术在水处理中的应用.12 城市建设理论研究（电子版），2011，(24).]。2吸附技术在水处理中的应用吸附技术在水处理中是一项非常重要的技术。自建国以来，我国工业用水不断增长，由2000年占全国总用水量的20.7%增加到2007年占全国总用水量的24.1%，水资源在一定程度上成为制约一些企业发展的因素，工业水的重复利用和工业污水回用成为了工业企业节水减排的重点[[4]中华人民共和国水利部.中国水资源公报[R].2000-2007.]。吸附法被广泛应用于废水的处理，例如：利用吸附法处理含酚废水，具有处理效果好，可回收有用物料以及吸附剂可重复利用等优点。JianhanHuang利用羟基化高度交联树脂处理苯酚；孔德顺使用NaX分子筛（沸石）为吸附剂处理含酚废水[[5]高超，王启山.吸附法处理含酚废水的研究进展.水处理技术，2011，37(1).]。利用吸附法处理含铬废水，贾陈忠等研究了粉煤灰吸附处理实验室模拟含铬废水并取得了较为理想的效果[[6]范力，张建强，程新，等.离子交换法及吸附法处理含铬废水的研究进展.水处理技术，2009，35(1).]。利用吸附法处理焦化废水，张昌鸣等用粉煤灰作为吸附剂处理焦化生化出水废水，处理后水质良好；夏海萍等研究了膨润土粘土矿对焦化废水中氨氮的吸附作用[[7]范明霞，皮科武，龙毅，袁颂东.吸附法处理焦化废水的研究进展.12 环境科学与技术，2009，32(4).]。电吸附技术是近年来的一项新兴技术被广泛应用于工业水处理，主要用于工业中循环冷却水的处理，能很好地解决循环水因为高倍浓缩后产生的一系列的离子浓度增加、结垢等问题，达到良好的除盐效果[[8]高远.电吸附技术在循环冷却水处理中的应用.给水排水，2013，39(3).]。生物吸附在工业废水中去除重金属离子有着广阔的应用前景，从上世纪70年代生物吸附引起人们的广泛关注以来，生物吸附的研究变得非常活跃[[9]宋琳玲，王玮，李俊，冯瑞俊，郭小品.生物吸附技术在重金属废水中的研究进展.环境研究与监测，2010，23：54~56.[10]王建龙，陈灿.生物吸附法去除重金属离子的研究进展.环境科学学报，2010，30(4).]。活性炭吸附法在工业废水处理、水源水的处理、饮用水的处理中作为固体吸附剂被广泛应用[[11]徐越群，赵巧丽.活性炭吸附技术及其在水处理中的应用.石家庄铁路职业技术学院学报，2010，9(1).]。3应用在水处理中的吸附技术及其发展3.1活性炭吸附技术12 活性炭是一种暗黑色的含碳物质，内部具有发达的孔隙结构，比表面积大，吸附能力强。在吸附过程中发生溶质由溶剂向活性炭吸附剂表面的质量传递，推动力可以是溶质的疏水特性或溶质对吸附剂的亲和力，或者两者均存在。活性炭吸附实际上是利用活性炭的物理吸附、化学吸附、交换吸附以及氧化、催化氧化和还原等性能去除水中污染物的过程[[12]王丁明，曹国凭，贾云飞，刘鹏程.活性炭吸附技术在水处理中的应用.北方环境，2011，23(11).]。在20世纪70年代以前，活性炭在国内的应用主要集中于制糖、制药和味精行业；后来又扩展到了水处理和环保等行业；到20世纪90年代，又扩大到了溶剂回收、载体、黄金提取、食品饮料提纯等众多领域，对于活性炭的研究正在向更广泛的领域开展[[13]曹刚.活性炭吸附技术在水处理方面的应用.化学工程与装备，2011，11.]。水处理中的活性炭主要有粉末活性炭（PAC）和颗粒活性炭（GAC），还有逐渐发展起来的活性炭纤维。粉末活性炭在给水处理的使用已经有70多年的历史了，自从美国首次使用活性炭粉末去除氯酚生产产生的嗅味以后，活性炭成为去除色、嗅、味和其他有机物的有效方法之一。近年来，我国对粉末活性炭的研究应用逐渐给予重视，同济大学、哈尔冰建筑大学等都作了较为深入的研究[[14]孙洪军.粉末活性炭吸附技术在水厂中应用的关键技术.12 民营科技，2012，9.]。颗粒活性炭比粉末活性炭进行吸附处理将更加经济，因为颗粒活性炭可以再生使用，抗干扰能力强。活性炭纤维能够方便地加工为毡、布等各种不同的形状，制造的净水装置高效可靠、处理量大。由于活性炭的供应比较紧张，制水成本较高，一些活性炭吸附组合工艺在输出力中得到了更好的应用和发展，常见的有：　　（1）臭氧—活性炭工艺臭氧—活性炭工艺是在活性炭技术上发展起来的，该技术一方面可以利用活性炭吸附去除经臭氧氧化生成的低分子有机物，同时臭氧还发挥了活性炭不具备的杀菌作用[[15]郭锋，王潇，肖强，肖禾.臭氧-生物活性炭技术在水处理中的应用与研究.工业水处理，2011,31(3).[16]孔令宇，张晓健，王占生.臭氧-生物活性炭与单独活性炭工艺处理效果比较.中国给水排水，2006，22(11).]。（2）高锰酸钾—活性炭工艺这种组合常用于常规净水处理，高锰酸钾是强氧化剂，利用高锰酸钾对活性炭进行改性，使活性炭表面结构和表面化学性质发生改变，水处理效果较为理想[[17]丁春生，邹邦文，缪佳，诸钱芬.高锰酸钾改性活性炭的表征及其吸附Cu2+的性能.中南大学学报（自然科学版），2012，43(5).]。（3）生物活性炭（BAC）BAC技术对有机物的去除分为吸附去除和生物降解两种。此方法的优点在于先吸附后降解的独特作用机理，使污染物停留时间与水的停留时间异值，在同等停留时间下，其污染物停留时间长，因而处理效果好[[18]易津湘.12 生物活性碳在水处理中的应用及再生.低温建筑技术，2008，30(3).[19]郭胜，王光华，李文兵，吴朝阳，蒋丽娟.生物活性炭深度处理焦化废水的研究，洁净煤技术，2010，16(3).]。这些工艺已经在水处理实践中得以应用并证明是行之有效的，他们将随着水处理技术的发展而不断被改进和创新。3.2生物吸附技术生物吸附就是通过生物体及其衍生物对水中重金属离子的吸附作用，达到去除重金属的目的。生物体吸收金属离子的过程主要有两个阶段：第一个阶段是金属离子在细胞表面的吸附，即细胞外多聚物、细胞壁上的官能团与金属离子结合的被动吸附；另一阶段是活体细胞的主动吸附，即细胞表面吸附的金属离子与细胞表面的某些酶相结合而转移至细胞内，包括传输和积累。由于细胞本身结垢组成的复杂性，目前吸附机理还未研究透彻[[20]梁莎，冯宁川，郭学益.生物吸附法处理重金属废水研究进展.水处理技术，2009，35(3).[21]刘刚，李清彪.重金属生物吸附的基础和过程研究.水处理技术，2002，28(1).]。然而，生物吸附法作为一项新兴的重金属去除技术，与传统技术相比具有：投资少，运行费用低，无二次污染，处理效率高，金属可被选择性地去除等优点[[22]赵振国.12 吸附作用应用原理.化学工业出版社，北京，2005.9，第一版.]。它的原料来源广泛且廉价，可以达到以废治废的效果，随着生物吸附剂的不断深入，生物吸附技术在工业上应用于重金属废水的净化具有广阔的发展前景。3.3电吸附技术（Electro—SorbTechnology，EST）电吸附是近些年发展起来的一种新型水处理方法，是通过施加电压或电流，在电极表面吸附溶液中的带电粒子，当电极饱和后可以通过施加反向电场使电极再生。相对于其他的水处理方法，具有投资少、低能耗、节能节水，无二次污染、使用寿命长和再生容易等优点，是一种经济又有效的方法[[23]段小月，常立民，刘伟.电吸附技术的新进展.化工环保，2010，30(1).]。被广泛应用在饮用水的处理、工业废水的处理、工业的工艺用水及锅炉补给水处理上取代离子交换、电渗析、反渗透等技术[[24]董晓宁，王亚丽.电吸附技术在水处理中的应用及其研究进展.广东化工，2010，37(208).[25]陈兆林，宋存义，孙晓慰，郭洪飞.电吸附除盐技术的研究与应用进展.工业水处理，2011，31(4).]。从1960年到21世纪以来，电吸附技术经历了：对技术原理的研究和阐述；突破了电极材料的选择及电极结构设计的核心技术；Sang12 Hoon等建立了电吸附模型，研究了电吸附模块的吸附潜能，并对模块的设计参数和运行中的操作条件进行研究三个阶段[[26]韩寒，陈新春，尚海利.电吸附除盐技术的发展及应用.工业水处理，2010，30(2).]。随着对技术的研究和发展，一些理论问题和电极的制备技术日趋完善，但在实际的应用方面还存在着许多不足。所以，为使电吸附水处理技术能够更加广泛地应用，应该侧重研究低能耗的吸附模型，提高电吸附电极的重复利用性等。4吸附剂的研究进展吸附法是水处理技术的重要方法之一，具有很广泛的应用范围，例如化工、石油、食品、医药等各个领域都有涉及，选择合适的吸附剂能够使处理效果更加完美，使处理成本降低，因此，吸附剂在吸附法的应用上就显得尤为重要了。目前工业上采用的吸附剂价格昂贵，使吸附法的广泛应用受到了限制，开发廉价、高效的水处理吸附剂是目前研究的一个重要方面。本文将对几类常见的吸附剂在水处理方面的研究进行讨论。4.1炭类吸附剂活性炭在水处理中主要应用于上水处理、工业水处理、城市居民生活污水处理及工业废水处理等。活性炭吸附剂具有以下特点：（1）对水中有机物具有卓越的吸附特性；（2）对水质、水温及水量变化有较强适应能力；（3）对某些重金属化合物有较强的吸附能力，如汞、铬、铅、铁等；（4）饱和炭可经再生后重复利用，不产生二次污染[[27]12 王宝庆，陈亚雄，宁平.活性炭水处理技术应用.云南环境科学，2000，19(3).]。对活性炭改性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。4.2腐殖酸类吸附剂腐殖酸类物质可用于处理工业废水，有其是重金属废水及放射性废水，除去其中的离子。用作吸附剂的腐殖酸类物质有两大类，一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[[28]宋磊.吸附理论与磷化氢气体的吸附研究.新疆有色金属，2011，34(z2).]。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，开展了大量实验研究并取得了一定效果。4.3生物吸附剂生物吸附剂是指具有选择性吸附分离能力的生物体及其衍生物，它最早被用于水溶液体系中重金属等无机物的分离，进来也被用于染料、杀虫剂等生物难降解和有毒害有机物的分离与富集[[29]尚宇，周健，黄艳.生物吸附剂及其在重金属废水处理中的应用进展.12 河北化工，2011，34(11).]。目前，生物吸附剂以其高效、廉价、吸附速度快、便于储存及易于分离回收重金属等优点，已经引起国内外研究者的广泛关注。4.4工业废物吸附剂利用工业废物处理废水，既可以达到处理废水的目的，又可以使工业废物再次利用，真正实现“以废治废”。常见的工业废物吸附剂有粉煤灰和钢渣，粉煤灰是燃煤电厂粉煤燃烧排放的废弃物，其孔隙发达，比表面积大，具有较高的比表面能和叫好的表面活性，可有效去除废水中的COD、色度、重金属等。钢渣对水中的重金属离子及COD和色度等污染因子具有明显的吸附去除作用，经污水使用后的钢渣还可以继续用于水泥生产等综合利用渠道从而达到彻底消除污染的目的[[30]邓勤.水处理吸附剂的研究进展.钦州学院学报，2010，25(3).]。5结语吸附法水处理技术具有很长的历史，随着研究者的不断探索和开发，越来越多的行之有效的吸附技术被广泛地应用，显示出了巨大的应用前景。然而在这些方法中也会有一些现阶段还不能解决的问题，例如环保性，我们在吸附剂的生产和使用过程中要注意原料的选择，不能造成二次污染；经济可行性，保证出力效果的同时尽量利用和开发新型的节能的、廉价的吸附剂与水处理方法。12 12'