利用非活体生物质去除废水中重金属的研究

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1、章明奎等：利用非活体生物质去除废水中重金属的研究899利用非活体生物质去除废水中重金属的研究章明奎，方利平浙江大学环境与资源学院，浙江杭州310029摘要：为了解非活体生物质去除废水中重金属的效果，选择了玉米芯、水稻谷壳、花生壳、松树树皮和茶叶等5种非活体生物质，用室内模拟方法比较研究了它们对重金属的吸附能力。结果表明，生物质对重金属的吸附是一个快速反应，可在20~30min内达到平衡。pH值对生物质吸附阳离子型重金属有很大的影响，吸附量随pH值上升而增加，pH值在4.5以上时可达到较高水平。5种生物质对重金属都

2、有较高吸附能力，它们吸附重金属的能力依次为：花生壳>松树树皮>玉米芯>水稻谷壳>茶叶。生物质去除废水中重金属的效果一般为：Cu、Pb>Cd>Zn。用碱、柠檬酸和磷酸对生物质进行改性处理可显著增强其对重金属的去除能力。生物质是一种廉价、有效的吸附剂，可替代商品吸附剂用于废水中重金属的去除，主要重金属的移除率在85%以上。关键词：生物质；废水处理；重金属；改性处理；吸附中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：1672-2175（2006）05-0897-04章明奎等：利用非活体生物质去除废水中重金属的研究899重金

3、属可通过食物链在生物体内累积，影响生物正常生理代谢活动，危害动物及人体健康。随着工业活动及其废水和废渣排放不断增加，重金属废水污染已成为世界各国面临的主要环境问题。因此去除排放废水中重金属，减少重金属进入地表水和地下水已是水质保护的重要内容。废水中常见的重金属主要为Cu、Cd、Ni、Pb和Zn等，传统的重金属污染处理技术包括化学沉淀、渗透膜、离子交换、活性炭吸附和电解等[1]，其中用吸附剂吸附重金属是废水处理常用的一种方法。当前工业上采用的吸附剂主要包括合成、或从石油中获得的阳离子交换树脂、粘土矿物、焦炭、天然沸

4、石、甲壳素、活性炭、磺化煤以及粉煤灰等，这些物质的表面有许多小孔，因而具有很大的总表面积和较强的吸附性能。废水中的金属离子能牢固地吸附在吸附剂表面，从而使废水得到净化。但这些方法普遍存在着二次污染、成本高、对低浓度重金属废水处理和污染水域、修复效果不理想等问题，所以找寻便宜的吸附剂是当今重要的课题。近年来，通过活的生物体吸附移走重金属的方法已引人关注。这一方法主要利用超积累植物、藻类和微生物对重金属有较大的吸附能力去除废水中的重金属[2-7]。但用活的生物体来处理污水受生物体本身的生物量和生长特性的限制，因此至今

5、该类方法还不适于大规模的应用。已有研究表明，死亡的生物体也具有很大的吸附重金属的能力[8]。某些死亡的藻类细胞对金属的吸附能力甚至要高于活的藻类细胞。研究表明，藻类细胞有多层微纤维结构，其组成一般都含有纤维素和果胶质以及藻酸铵岩藻多糖和聚半乳糖硫酸酯等，它们可提供氨基、酰胺基、醛基、羟基、硫醇等功能团与金属结合[7]。从物质组成看，农业和林业生物质主要有木质素、纤维、半纤维和蛋白质所组成，它们与微生物体有相似的化学组成，它们也可有效地作为二价金属阳离子的吸附剂[9-11]。由于农林生物质来源广、成本低，它们在污水

6、重金属处理中有良好的应用前景。本文选择了几种生物质，对它们吸附重金属的效果进行了比较研究。1材料与方法1.1生物质材料的收集与制备从市场或田间收集了5种生物质，包括花生壳、玉米芯（去玉米粒）、水稻谷壳、松树树皮和茶叶。所有收集的生物质材料均属成熟生物质。收集材料用水清洗后，在室温下风干，用粉碎机粉碎过2mm筛，然后与去离子水充分混匀，浸泡24h，去除悬浮细小物质和可溶性物质，在室温下风干备用。1.2生物质材料的改性处理选用了水稻谷壳和玉米芯等2种生物质进行改性处理，分别用碱、柠檬酸和磷酸进行改性处理，目的是增加其

7、物质表面的阴离子基团。碱处理方法为：分别称取100g经以上处理的水稻谷壳和玉米芯，置于2.5L的大烧杯中，加入2L0.1mol·L-1NaOH溶液，搅拌4h，离心去除液体部分，用去离子水清洗后，在40℃下烘干。柠檬酸处理方法为：分别称取50g过2mm筛并经水洗的稻谷谷壳和玉米芯，置于2.5L的大烧杯中，加入500mL0.6mol·L-1柠檬酸溶液，搅拌1h，离心去除液体部分，在50℃下烘干，然后升温至120℃加热1.5h章明奎等：利用非活体生物质去除废水中重金属的研究899。磷酸处理方法为：分别称取50g过2mm

8、筛并经水洗的稻谷谷壳和玉米芯，置于2.5L的大烧杯中，加入500mL1mol·L-1柠檬酸溶液，搅拌1h，离心去除液体部分，在50℃下烘干，然后升温至180℃加热1.5h。上述经柠檬酸和磷酸处理后的生物质用75℃去离子水清洗去除游离的柠檬酸和磷酸，然后在50℃下烘干备用。1.3吸附动力学试验图1生物质对重金属吸附的动力学过程Fig.1Adsorptionofheavyme