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吸附法在污水处理中的研究进展 摘要 吸附法是废水处理的重要方法之一，污水经常规废水处理后，出水中还残留一些难降解有机物、游离氯及一些微量金属如汞、银、铬、锑、砷，利用吸附法能除去大部分这些物质。吸附法的去污效率、成本在很大程度上因吸附剂不同而不同，最常见的吸附剂是活性炭。吸附法用于污水处理的理论研究国内研究成果还不是很多，但在国内近十多年的研究中，吸附剂的研究占了很大的比例。 关键词 污水处理 吸附 活性炭 树脂 在我国，82%的河流受到不同程度的污染，42% 的城市饮用水源受到严重污染， 农村有70%的饮用水不符合卫生标准[1]。控制水污染，保障水安全已成为事关国计民生、经济社会发展的大事。但由于我国污水处理能力的不足, 仅很少一部分污水得到有效的处理，大部分城市污水与工业污水经简单处理便直接排人江河，对环境造成了极为严重的危害[2]。由此可见，减少污水排放量是缓解我国用水矛盾的有效途径，探讨新的有效污水处理技术是实现这一目的的重要措施之一。自从1773年发现“木炭-气体”体系中的吸附现象以来，吸附操作已经在化工、石油、食品、医药等各个领域得到广泛的应用，而吸附法用于污水处理也取得了不少研究成果[3]。 1 吸附在污水处理中的应用 常规废水处理过程(主要是一级和二级处理)，如活性污泥法和滴滤法，通过生物氧化能够除去多种有机物质。该处理过程几乎能除去构成BOD的所有的有机物，但不能有效地去除构成COD的难降解有机物，即使处理得很好的二级出水仍含有50-120 mg/L有机物，这些物质包括单宁、木质素、腐殖质、醚类、含蛋白质的物质和其他一些产生色和臭味的物质，以及除草剂和杀虫剂等。有些有机物在水中以μg/L水平浓度存在时就会产生臭味和颜色；某些有机物具毒性，如除草剂和杀虫剂；还有些有机物有致癌作用，如联苯胺。美国环保署对一些饮用水源的调查研究发现，其中约80%有机污染物来自废水处理厂的二级出水[4]。而来自城市污水的这些微量有机污染物，通过饮用进人人体后会对人体健康有长期的影响。一些流行病学的调查研究发现，自来水中含较高浓度的上述微量有机污染物的城市或区域，人群消化道癌症发病率明显高于对照区。因此，从二级出水中去除残余的难降解的有机物，对保护饮用水源和保障人群健康是非常重要的。 利用吸附法能除去大部分这些难降解的有机物，此外，吸附法对游离氯及一些微量金属如汞、银、铬、锑、砷等具有比较高去除率。吸附法治理废水，应用广，但预处理要求高，吸附成本较大，故一般多用于废水的深度处理(三级处理)。吸附法也可作为一级处理的辅助工序，这种情况要求吸附剂便宜，处理效率一般不高。如有些地区使用的土壤吸附处理系统，其吸附剂是砾石、沙和土壤，结构简单，成本低，使用寿命可达10年以上，但一般适用于污水流量比较小的农村地区[5]。 2 水处理中常用吸附剂 2.1 炭类吸附剂 活性炭在早期的吸附分离过程中是应用最广泛的吸附剂，随着吸附分离技术的发展，颗粒活性炭、粉末活性炭、活性炭纤维、炭分子筛、含炭的纳米材料相继问世。目前活性炭产量中约50% ~ 60%用于水处理。 活性炭对于液相中溶液的吸附主要靠表面发达的空隙结构，吸附过程以物理吸附为主。活性炭去除水中的对象成分包括：游离氯、高锰酸钾消耗量、溶存臭氨、色度着色成分、溶存氨(联氨分解)、发泡成分、表面活性剂、异臭成分、苯酚、氯苯酚、三氯甲烷、农药类、三氯乙烯等氯系溶剂、PCB、有机氯化物( TOX)、油分、三卤甲烷前体物质、重金属( 特别对Hg)、TOX前体物质、铁、锰、COD、病毒、TOC、热源、氨、BOD。活性炭在水处理中主要应用于上水处理、工业用水处理、城市居民生活污水的处理及工业废水处理等[6-8]。对活性炭改性以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。哈尔滨工业大学的范延臻等[9]研究了表面氧化改性对活性炭吸附有机物性能的影响，研究发现，硝酸氧化可显著增加活性炭表面酸性基团的含量，提高活性炭的表面亲水性，但降低了活性炭的pH 值，并造成活性炭的结构塌陷和比表面积的减少。伍喜庆等[10]以硫脲和甲醛为主要原料对活性炭进行了改性，并对改性活性炭的吸附性能进行了研究，实验表明改性活性炭对金的吸附容量比一般活性炭强得多。 2.2 腐殖酸类吸附剂 腐殖酸类物质可用于处理工业废水，尤其是重金属废水及放射性废水，除去其中的离子。一般认为腐殖酸是一组具有芳香结构、性质相似的酸性物质的复合混合物。它的大分子由10个分子大小的微结构单元组成，每个结构单元由核(主要由五元环或六元环组成)、连接核的桥键(如-O- 、-CH2- 、-NH- )以及核上的活性基团所组成。已有研究表明，腐植酸分子结构中除了含有羧基、酚羟基、醌基等活性基团，还具有疏松的“海绵状”结构