實(shí)驗室廢水處理中含有鉛、鎘是廢水排放標準中嚴格控制的第一類(lèi)污染物，這類(lèi)物質(zhì)能在環(huán)境或動(dòng)植物體內蓄積，對人體健康產(chǎn)生長(cháng)遠的不良影響。GB8978-88規定了車(chē)間或處理設施排放口排水的最高容許排放濃度，隨著(zhù)我國工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展，江河、湖庫、地下水都不同程度地受到了污染。

　　近年來(lái),環(huán)境礦物材料以其經(jīng)濟、有效、無(wú)二次污染等特點(diǎn),在重金屬廢水處理和土壤修復方面顯示出了眾多優(yōu)勢,可替代傳統的鉛鎘污染處理方法。本文敘述了應用一種新型環(huán)境礦物材料羥基磷灰石(Hap)處理實(shí)驗室鉛鎘廢水方法并提出了一些建議。

　　1 羥基磷灰石作用機理

　　羥基磷灰石(Hap)四面體六角晶，在水中的溶解度為0.4mg/L，分子式為Ca10(PO4)6(OH)2 ，動(dòng)物骨、牙的主要無(wú)機組分,也是合成生物材料的重要原料。近來(lái)年,日本鈴木喬等人發(fā)現,水溶液中的某些陽(yáng)離子可保留在合成的羥基磷灰石上,其行為類(lèi)似于水溶液中陽(yáng)離子與磷灰石晶格中Ca2+之間的離子交換反應,而不僅僅涉及表面吸附過(guò)程.對溶液中離子的去除順序為Pb2+>Cd2+>Zn2+>Mn2+>Hg2+[2,3] 。介質(zhì)的pH值是影響Hap去除金屬離子行為較為復雜的因素之一，它決定了水溶液中金屬離子的賦存狀態(tài)及Hap的溶解特性與表面性質(zhì)等，而這些因素與Hap的去除金屬離子行為密切相關(guān)。絡(luò )合平衡計算，鉛、鎘離子在不同pH值時(shí)具有不同的型體及分布系數。Hap在空白溶液中的表面電動(dòng)電勢ζ為負值，且隨pH值的增加其電負性增大。由此可知Hap去除金屬離子的作用機理是表面絡(luò )合與表面電位吸附。同時(shí)Hap溶解性不僅與溶液中酸性呈正相關(guān)，在含金屬離子溶液中溶解時(shí)，還包括離子交換模型，即溶液中的重金屬離子與Hap中的鈣離子發(fā)生交換作用。從溶解特性的角度推測： Hap去除重金屬離子過(guò)程中存在有離子交換作用機理。所以其主要的去除機理包括吸附、表面絡(luò )合、溶解-沉淀以及重金屬離子與晶格中之間的離子交換作用。一般而言，被吸附的重金屬離子可固化在晶格中而不出現解吸，因此不會(huì )產(chǎn)生二次污染。

　　2 實(shí)驗與結果

　　2. 1實(shí)驗設備

　　日本島津AA6800原子吸收分光光度計

　　鉛、鎘空心陰極燈

　　2.2 羥基磷灰石的合成

　　將市售化學(xué)純的Ca(OH)2和Ca3(PO4)2粉末按1∶1摩爾比均勻混合后,盛入瓷舟中,置于管式電阻爐內穩定的高溫帶上,在1100℃、常壓下煅燒2h,從燃燒管的一端通入穩定流量的水蒸汽.反應結束后,冷卻反應產(chǎn)物,并用4%的NH4Cl溶液洗去殘余的Ca(OH)2,得到純度很高的羥基磷灰石[4]。

　　2.3 實(shí)驗數據結果分析

　　在室溫為25℃時(shí)，取初始濃度為10mg/L的實(shí)驗室含鎘廢水每份各100ml，初始濃度為200mg/L的實(shí)驗室含鉛廢水每份各250ml，加入鹽酸或氫氧化鈉調不同的pH后，不同劑量羥基磷灰石(Hap)，開(kāi)始計時(shí)并攪拌，60min后停止攪拌，靜止30min后傾取處理后樣品的上清液，加優(yōu)級純硝酸調pH<2，用島津AA6800型原子吸收分光光度計，用火焰分光光度法測定上清液的濃度,結果見(jiàn)表1。

　　因實(shí)驗室鉛鎘貯備液分別為500mg/L和100mg/L，即使最佳效果的去除率為99%處理后的廢水上清液仍達不到一類(lèi)污染物的排放標準，而且廢水仍呈酸性，這時(shí)同一濃度含鉛鎘廢水取兩份，一份待測定，另一份用消石灰或實(shí)驗室用化學(xué)純的氧化鈣加入到傾出的上清液中調pH≥10,開(kāi)始計時(shí)并攪拌半小時(shí)后靜止過(guò)夜，第二天傾取處理后樣品的上清液，和待測定樣品一起加高純硝酸調pH<2，用島津AA6800型原子吸收分光光度計，石墨爐原子吸收分光光度法測定處理前后樣品的濃度,結果見(jiàn)表2

　　經(jīng)過(guò)上述兩種方法的間歇式處理實(shí)驗，高濃度的實(shí)驗室含鉛鎘廢水已達到GB3838-88地面水三級質(zhì)量標準，加適量廢酸調PH中性即可倒入下水道。

　　3 結論

　　影響去除效果的因素：介質(zhì)pH值、溫度、吸附時(shí)間、離子的初始濃度、Hap的粒度和用量等。通常,對于不同離子,最佳吸附條件不同[5]。

　　從動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看，大致可分為兩個(gè)階段：初期階段反應速度快，動(dòng)力學(xué)過(guò)程復雜;后期階段反應速度較慢，并符合一級反應動(dòng)力學(xué)方程。實(shí)驗研究表明：強酸(pH<3.5)條件下兩種金屬離子的去除率隨pH值的升高增加較快，但當pH≥3.5時(shí)這種增加趨勢變緩。

　　Hap對水溶性鎘在初始濃度為10mg/L時(shí)的酸性溶液中 ，去除率與介質(zhì)的pH、作用時(shí)間、Hap用量呈正相關(guān) 。通過(guò)正交實(shí)驗確定了最佳吸附條件：pH值為6，攪拌時(shí)間為1h、吸附溫度為25℃。在此條件下，Hap用量為5g/L,去除容量為2.0mg/g樣品 )，對鎘離子的去除率可達99%

　　Hap對鉛離子的最優(yōu)吸附條件為：pH≤3.5、攪拌時(shí)間為1h、吸附溫度為25℃。在此條件下，Hap對200mg/L的實(shí)驗室含鉛廢水進(jìn)行實(shí)驗鉛離子的吸附容量達123mg/g,Hap用量1.6g/L，對鉛離子的去除率可達98% 。

　　羥基磷灰石作為一種新型環(huán)境礦物材料對較高濃度的實(shí)驗室鉛鎘廢水具有很好的處理效果，具有去除速度快 ，在瞬間即可發(fā)生作用，而且不會(huì )產(chǎn)生二次污染等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。采用消石灰二次處理的方法可以使較低濃度實(shí)驗室含鉛鎘的廢水達到地面水三級質(zhì)量標準，將二者結合實(shí)驗廢水的處理方法具有實(shí)用性、可行性、安全性等優(yōu)點(diǎn)，對從事重金屬分析的實(shí)驗室廢水的處理有一定的推廣價(jià)值。(信息來(lái)源于網(wǎng)絡(luò ))

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