天然材料處理電鍍廢水的研究進展
摘要：“以廢治廢”是一種經濟效益好、資源消耗低、環境污染少的環境保護新思路，被廣泛應用于各類環境污染治理技術上。電鍍廢水是一種典型的重金屬污染廢水，同時具有較高的循環利用價值。在介紹電鍍廢水的特點、常見治理方法的基礎上，綜述了天然材料在處理電鍍廢水技術的應用情況和發展前景，分析了天然材料在處理電鍍廢水的優點，指出天然材料在處理電鍍廢水的發展趨勢。
關鍵詞：天然材料；以廢治廢；循環利用；電鍍廢水
電鍍是當今世界三大污染工業之一。電鍍廢水成分復雜，除含氰廢水和酸堿廢水外，還含有鉻、鎳、鎘、銅、鋅、金、銀等重金屬污染物。同時，廢水中還含有相當數量的添加劑、光亮劑等有機化合物，例如各類型表面活性劑、EDTA、檸檬酸、酒石酸、乙醇胺、乙二醇、硫脲、苯磺酸、香豆素、炔二醇等。這些物質進入環境．必定會對人類健康及生態環境產生嚴重的危害。電鍍廢水的處理可分為三個階段：第一階段主要是氰化物、六價鉻的化學處理；第二階段是研究含錫和其他重金屬廢水以及酸堿廢水處理技術；第三階段開始重視綜合防治、資源回收、節約用水和閉路循環等新技術。到目前為止，大多數電鍍的廢水都已有了比較有效的處理方法。為了能大量、有效、深度、廉價處理金屬離子電鍍廢水，常規單一的處理方法已不能滿足要求，而多元化新型處理技術越來越受到重視。開發新型高效廉價的多功能吸附材料受到廣泛關注。
近年來，由于廢水處理成本和污水量的提高，開發新型廉價的材料是廢水處理的重點。天然材料是價格低廉，來源廣，或者無用的廢棄物。國內外許多學者致力于將一些新型、廉價的吸附材料應用于去除廢水中的重金屬，研究表明花生殼，木屑、人工濕地、藻類、改性膨潤土、麥草、玉米軸穗、玉米莖桿、稻殼、大麥殼、碎木片、棕桐果枝、鋸屑、樹皮、樹葉、香蕉木髓、蔗渣木髓、水生植物等廉價吸附劑去除電鍍廢水中的重金屬是有效的。并且利用了生活中的廢棄物，達到了以廢治廢的效果。
1·電鍍廢水處理的常用方法
電鍍廢水成分復雜，處理技術也是多種多樣，總的來講可分為四類：化學法、物理法、物理化學法、生化法。20世紀80年代以多元組合技術為主。目前以成本比較低、技術比較成熟的化學法為主，同時適當輔以其他的處理方法。
2·天然材料處理電鍍廢水的原理
國內外采用物理法、化學法、生物處理法治理電鍍廢水的方法很多，但存在耗量大,成本較高及再生會產生二次污染等缺陷。利用天然材料通過吸附、降解、絮凝、沉降等物理或物化法有效地去除電鍍廢水中的多種金屬離子的方法越來越受到關注，此法操作簡單可靠，投資少，運行成本較低。改性花生殼、木屑、椰子殼等天然材料具有很大的比表面積，能夠有效地吸附廢水懸浮性物質和有機物，絮凝、沉淀繼而除去；濕地植物的根和莖葉能夠吸收、富集、降解電鍍廢水中Cr、Zn、Fe、Mn、Ni和Cu等重金屬，進而使電鍍廢水達到排放標準。類似的天然材料還有藻類、改性膨潤土、麥草、玉米軸穗、玉米莖桿、稻殼、大麥殼、碎木片、棕桐果枝、鋸屑、樹皮、樹葉、香蕉木髓、蔗渣木髓、水生植物等。這些天然材料是生活、工業中的廢棄物,大部分當作燃料或廢渣棄去,造成自然資源的極大浪費,回收利用不僅節能環保而且可達到以廢制廢的效果。近年來,將天然材料用于其他廢水處理方面的研究也有報道。
3·天然材料處理電鍍廢水的應用情況
3.1利用木屑處理電鍍廢水
木屑是來源于木材加工行業易得的廢棄物，其對廢水中的重金屬有很好的吸附作用。
聶錦霞以廢棄物松樹木屑作為吸附劑，進行了吸附去降某電鍍廢水中Zn2+及CODcr的試驗。研究了溶液pH值、溫度、攪拌速度、溶液初始Zn2+及CODcr濃度、固液比等因素對吸附劑去降Zn2+及CODcr的影響，并進行了固體吸附解吸實驗的研究。結果表明溶液在pH=9、反應溫度25℃、木屑加入量30g/L時，松樹木屑對電鍍廢水中Zn2+及CODcr均具有高效吸附去降能力。說明木屑不需改性其吸附效率非常高。而且在這一pH值下，色度＜5，濾液無色透明，符合第二類污染物最高允許排放標準。
周雋等以廢棄物木屑和花生殼作為吸附劑,進行了吸附去除水中Cr3+的試驗。研究了溶液pH值、初始Cr3+濃度以及溫度等因素對這2種吸附劑去除Cr3+作用的影響,對吸附曲線作了線性擬合，確定了相應的平衡吸附率，在Cr3+初始濃度為1、5、10和20mg/L時,木屑對Cr3+的平衡吸附率為81%、68%、56%和40%，花生殼依次為77%、63%、53%和42%。
3.2利用花生殼處理電鍍廢水
花生殼中含有大量碳水化合物及粗纖維,還有單寧類化合物它是一類多酚化合物，具有多個酚羥基，能夠和許多金屬離子發生較強的配位作用，形成穩定的五元環結構,因此是極為有效的離子交換物質，容易與重金屬離子發生置換反應，以達到沉淀重金屬離子的目的。
谷亞昕利用花生殼洗凈、烘干、破碎得到花生殼粉，研究了以花生殼粉為主要原料，對含Cd2+、Pb2+的模擬廢水進行了吸附試驗。試驗結果表明，pH值、廢水中Cd2+及Pb2+的初始濃度、吸附時間等因素，均能影響花生殼粉對Cd2+、Pb2+的吸附效果。在Cd2+、Pb2+初始濃度均為30mg/L、pH=6、攪拌2h、花生殼粉的投加量為0.25g的條件下，Cd2+、Pb2+的去除率分別達到92.2％和90.0％。
唐志華等利用處理好的花生殼粉50g置于250mL圓底燒瓶中，加入一定量酸性甲醛溶液（甲醛與硫酸的比例為1:5（V／V），硫酸濃度：0.1mol／L；甲醛濃度：37％；），置80℃的水浴鍋中加熱回流3h后，將花生殼粉進行抽濾去除溶劑，殘留粉渣用蒸餾水洗至pH值＞5，最后在50℃下烘3h即可得到改性處理后的花生殼。并進行了采用改性花生殼處理廢水中的重金屬。其利用離子交換的原理，考察了反應時間、處理劑加入量、pH值及反應溫度對酸性廢水中重金屬離子吸附性能的影響。結果表明，用酸性甲醛溶液對花生殼進行適當改性，改性產物用來去除水中的重金屬離子是可行的。處理重金屬廢水時，較佳的工藝條件為：控制pH=7，每100mL廢水中加入2.5g改性花生殼，在40℃下，攪拌反應60min。在此條件下，捕集率可達90％以上。
李山以花生殼為原料、HNO3為改性劑，對花生殼進行改性制備吸附劑，并研究了其吸附水中Pb2+的性能。結果表明，在2.0g花生殼中加入體積分數為10%的HN03溶液25mL、控制溫度80℃、攪拌3h，得到改性的花生殼。用此改性花生殼吸附Pb2+的最佳條件為0.20g改性花生殼、97.5mg·L-1的Pb2+溶液25mL、pH=5.0、攪拌吸附60min，在此條件下吸附率可達97%；吸附后的花生殼用0.5mo·lL-1的HCl溶液再生，重復使用2次，對Pb2+的吸附率在92%以上；同時，比較了改性花生殼和未改性花生殼對Pb2+的吸附性能，未改性花生殼對Pb2+的吸附率為87%，改性花生殼對Pb2+的吸附率為96%。通過HN03對花生殼進行改性制備吸附劑，制備方法簡便，吸附性能得到提高，易再生、能重復使用，擴大了吸附劑的原料來源，為花生殼的綜合利用提供了一條有效途徑。
3.3利用人工濕地處理電鍍廢水
濕地是分布于陸生生態系統和水生生態系統之間具有獨特水文、土壤、植被與生物特征的生態系統。又可以分為天然濕地和人工濕地兩大類。高拯民和李憲法認為，濕地處理系統(表面流人工濕地)是將污水有效控制地投配到土壤中，經常處于飽和狀態、生長有像蘆葦、香蒲等沼澤水生植物的土地上，污水在沿一定方向流動過程中在耐水植物和土壤聯合作用下得到凈化的一種土地處理系統。利用自然生態系統中的物理、化學和生物的三重協同作用，來實現污水凈化的一種新型污水生態處理工藝。
濕地填料的化學特性使它有很強的吸附和鰲合金屬離子能力。滯留在濕地填料中的重金屬離子，有些可以在濕地內形成穩定的金屬化合物沉淀，通過沉積作用逐漸轉移到填料層的底部得到去除。在金屬離子濃度較高時，植物同化對它的去除僅為1％左右，主要還是依靠土壤的吸附和沉淀的形式來去除的。李星等利用人工濕地植物對電鍍廢水的凈化和修復效果進行了研究。通過在垂直流－水平潛流人工濕地系統進行采樣和分析，研究了垂直流濕地(一級濕地)中水葫蘆、稗草和水平潛流濕地(二級濕地)中蔗草、黃菖蒲、蘆葦、千屈菜、美人蕉等對金華市某電鍍廠經預處理后排水中主要污染物Cr、Zn、Fe、Mn、Ni和Cu的處理能力。結果表明，60d后二級濕地中千屈菜、藤草、美人蕉長勢最好，黃莒蒲正常生長，蘆葦幾乎停止生長，而—級濕地中水葫蘆、稗草生長較緩慢。植物對電鍍廢水的凈化和修復，因植物種類、部位、生物量、重金屬種類等而不同。一級濕地中水葫蘆對電鍍廢水的凈化和修復效果強于稗草，二級濕地中蔗草、美人蕉對電鍍廢水的凈化和修復效果最好。通過分析，二級濕地植物優勢明顯，其中蔗草、美人蕉、黃菖蒲、千屈菜是值得推薦的修復中低濃度電鍍廢水優勢種，在人工濕地系統污染物負荷較高的一級濕地中，應盡可能選用多種抗逆性強的濕地植物品種組合栽植。
3.4利用藻類處理電鍍廢水
由于藻類吸附表面積大，吸附容量大，并具有良好的選擇性。其對重金屬具有很強的吸附和富集作用，可在較短時間內達到吸附平衡。并其原料廉價易得，可篩選適宜的藻類作為吸附劑的生產原料，在適宜的條件下進行人工培養。既適合于含低濃度金屬離子的水體，又適合于含高濃度金屬離子的水體，不產生二次污染。所以藻類細胞是極佳金屬吸附材料。
駱巧琦等利用正交實驗分析溫度、金屬濃度等因素對3種藻粉（小球藻粉、螺旋藻粉、海帶粉）吸附電鍍廢水中重金屬（Pb2+、Cu2+、Zn2+）的影響，同時比較活藻和藻粉對重金屬的吸附量。研究結果表明：藻粉和活藻對3種重金屬的吸附量順序均為Pb2+>Cu2+>Zn2+，3種藻粉在溫度為40℃，濃度為6mmol/L時均達到最大吸附量，每種藻粉對金屬的吸附量與重金屬溶液濃度呈正相關。死藻對重金屬的吸附量明顯大于活藻，死藻在工業上運用更具優勢。
3.5利用天然石類處理電鍍廢水
蛭石是屬于2：1型層狀硅酸鹽一類的天然黏土礦物，具有很高的酌隰離子交換容量和吸附性能，可通過離子交換和吸附，去除水溶液中的有害金屬元素。蛭石主要是由金云母-蛭石的1：1規則疑層礦物組成，開采焉未經提純的稱為工業蛭石。張寶述采用工業蛭石在處理含Cu2+2.044mg/L、Zn2+2.933mg/L混合電鍍廢水，并通過正交實驗分析對比了處理效果。結果表明，當電鍍廢水溶液的pH=7.5、Na型蛭石樣品用量為0.2000g(固液比l：250)、處理30min，對廢水中Cu2+的去除率為100％、對Zn2+的去除率達97.65％；蛭石用于處理Cu2+、Zn2+廢水是可行的。蛭石經Na化改型處理后，可提高吸附效果。累托石是一種規則間層黏土礦物，天然產出的累托石樣品，大多呈土狀、皮殼狀、細片狀、席草狀，質地松軟，有滑膩感，遇水膨脹，解離或成泥糊狀，粒度一般<5μm，累托石耐高溫，耐熱度達1660℃，結構穩定。具有良好的親水性、分散性和膨脹性。改性累托石是取烘干的鈉土30g，加入1000mL水，調節pH值至4左右，滴加Al3+交聯劑150mL,攪拌一段時間后陳化24h，過濾、烘干，得Al-交聯累托石。羅道成等采用改性累托石處理含Ni2+32.6mg/L,pH=5.80的電鍍廢水。試驗在靜態條件下，對改性累托石處理含鎳電鍍廢水進行了試驗，探討了改性累托石的用量、廢水酸度、接觸時間、溫度及陰離子濃度對除鎳效果的影響。結果表明，在廢水pH值4.0~7.0、鎳濃度0~100mg/L范圍內，按鎳與改性累托石質量比為1/20投加進行處理，鎳去除率可達98%以上，且處理后廢水接近中性。含鎳電鍍廢水經改性累托石處理后，鎳含量顯著低于國家排放標準。
4·天然材料處理電鍍廢水的優點
我國有資源豐富的農業廢棄物一花生殼、稻谷殼，林業廢棄物一木屑、樹皮等。原材料幾乎不需要成本,加工簡單,因此相比傳統的化學、物化處理方法具有巨大的經濟價值和市場潛力。
經改性后的花生殼粉處理過的含重金屬廢水，顏色基本沒有發生改變，說明通過改性避免了由于花生殼水溶性有機色素溶解造成二次污染，通過改性，即阻斷了有色物質的流出，又保持了花生殼的有效成分，提高了化學穩定性。利用木屑和花生殼吸附處理含鉻廢水，其工藝簡單、去除效果較好，且吸附了Cr3+的木屑和花生殼可用于制備輕質磚[8]；ㄉ鷼堅姐t(Ⅵ)的性能穩定，不用再生即可利用多次吸附回收鉻(Ⅵ)，操作簡單，對含鉻廢水的處理有廣闊的應用前景。
用花生殼等天然材料吸附電鍍廢水中的重金屬離子，不僅實現了在環境保護方面的價值,變廢為寶，而且為農業廢棄物開發利用開辟了新的途徑，具有廣闊的前景。
5·結語
用天然材料等吸附劑處理廢水是一種“以廢治廢”的思路，可大大降低廢水的處理費用。由于原料豐富，價格便宜，制備工藝簡單，使用方便，具有明顯的經濟效益、社會效益和環境效益。是循環經濟和清潔生產在環保產業中的一種典型模式，應該加強其在環境保護各產業中的應用研究。
但是，天然材料直接用于電鍍廢水的處理雖然具有一定的效果，但是處理深度不足，應加強對天然材料進行簡單、經濟、有效的預處理，通過天然材料的改性，使天然材料的吸附性能，絮凝能力，機械強度等得到改善和加強，進而達到理想的處理效果；因此在進一步探討天然材料處理廢水的機理的基礎上，尋求合適的天然材料，采取經濟有效的改性方法，尋求與之相適應的吸附工藝和配套水處理工藝將是該技術的一個關鍵性環節。
目前我國電鍍廢水的治理任務還很大，應以循環利用為前提，以清潔生產為目的，以廢治廢為根本出發點，尋求來源廣，處理效果好的天然材料，通過簡單經濟的改性，實現社會效益、經濟效益和環境效益的統一。
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