血粉对废水中几种重金属离子的吸附效应

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低浓度重金属离子的去除是电镀废水或普通废水处理的技术瓶颈,因为常规氢氧化钠碱性沉淀、化学反应沉淀、活性炭物理吸附均难以实现,本研究根据动物血液中红细胞含有巯基,并能与重金属离子在极低浓度条件下进行结合的特点,以屠宰场废弃动物血液为原料,经高温干燥、粉碎为血粉,以此血粉为吸附剂,并根据不同电镀金属废水单独处理原则,研究血粉对Cd2+污染废水进行吸附处理,结果表明,动物血粉对低浓度Cd2+具有高效吸附性,对于重金属离子初始浓度为20 mg·L-1的Cd2+溶液可一次吸附即达到污水综合排放标准即GB 8978-1996中Cd2+排放限值0.1 mg·L-1,而经过两步吸附的方式可直接到达或低于电镀排放标准即GB 21900-2008的排放限值(0.05 mg·L-1),而其它常规吸附剂无法实现;通过比较研究Cu2+、Ni2+的吸附实验表明,动物血粉也具有明显吸附效应,但其高效性没有Cd2+明显,而对于阴离子基团的Cr6+,其吸附效应没有活性炭效果好,因此,动物血粉对Cd2+具有高效吸附性或高效去除性、且具有一定专一性,相关结论如下:(1)血粉对单一Cd2+的吸附效应。结果表明,在25℃、pH=5时,4 g血粉(最佳吸附效果的血粉用量)对初始重金属离子浓度为20 mg·L-1的Cd2+溶液(100 mL)振荡吸附2 h后,溶液中剩余Cd2+浓度为0.1 mg·L-1,Cd2+的去除率为99.38%,达到污水综合排放标准即GB 8978-1996的排放限值0.1 mg·L-1;血粉对溶液中Cd2+的吸附符合Langmuir等温吸附,可决系数为0.9997,Cd2+的理论饱和吸附量为10.24 mg·g-1。为了使剩余Cd2+浓度达到更低(电镀废水排放标准),在吸附工艺上设计出两步吸附法,即第一次吸附后的混合液进行过滤,再将滤液加1 g血粉进行第二次吸附。结果表明,两步吸附法大大降低了溶液中剩余Cd2+离子浓度,即经过第一步、第二步吸附后,溶液中剩余Cd2+离子浓度降至0.006 mg·L-1,达到或低于电镀排放标准即GB 21900-2008的排放限值(0.05 mg·L-1)。这是常规吸附剂活性炭、石英砂、高岭土等所不能达到的技术指标。(2)血粉对单一Cu2+、Ni2+的吸附效应。结果表明,血粉对单一Cu2+的吸附实验中,其最佳吸附效果的血粉用量为2 g(其余用量效果较差),对初始重金属离子浓度为20 mg·L-1的Cu2+溶液(100 mL)振荡吸附18 h后,溶液中剩余Cu2+浓度为0.80 mg·L-1,达不到污水综合排放标准即GB 8978-1996的排放限值(0.5 mg·L-1);对单一Ni2+的吸附效应研究实验中,5 g血粉是最佳吸附剂用量,对初始重金属离子浓度为20 mg·L-1的Ni2+溶液(100 mL)振荡吸附18 h后,溶液中剩余Ni2+浓度为0.40 mg·L-1,达到污水综合排放标准GB 8978-1996中规定的排放限值(1 mg·L-1)。(3)血粉对阴离子基团的Cr6+吸附效应。结果表明,血粉对单一Cr6+的吸附实验中,10 g血粉是最佳吸附剂用量,对初始重金属离子浓度为20 mg·L-1的Cr6+溶液振荡吸附18 h后,溶液中剩余的Cr6+浓度为5.51 mg·L-1,达不到污水综合排放标准即GB8978-1996的排放限值(0.5 mg·L-1),其吸附效率较低。(4)两步吸附法对几种重金属离子混合物的吸附效应。初始浓度对血粉吸附效应具有一定影响,因此,设计两步吸附法对混合重金属离子溶液进行处理,结果表明,使用1.5 g血粉对100 mL溶液进行第一步吸附、过滤后,再添加0.5 g血粉吸附剂进行吸附处理,几种重金属离子的总吸附率大大提高(单一重金属离子吸附的最佳血粉用量以及每种单一吸附时的最佳血粉用量总和其吸附效果反而较差),此时溶液中剩余Cd2+、Cu2+、Ni2+这三种重金属离子浓度分别为0.05 mg·L-1、0.09 mg·L-1、0.26 mg·L-1,不仅达到污水综合排放标准即GB 8978-1996的排放限值,更达到电镀工业污染物排放标准即GB 21900-2008的排放限值,而对Cr6+的吸附未达标,说明血粉吸附剂对Cr6+吸附性较差,但对比研究的活性炭可对Cr6+吸附达标,而活性炭对Cd2+、Ni2+的吸附效果较差,吸附率分别为15.30%、24.92%。因此血粉对Cd2+、Ni2+的吸附效果明显,尤其是对Cd2+。(5)两步吸附法与添加絮凝剂PAM(聚丙烯酰胺)结合处理效应。基于血粉处理废水后具有一定的BOD(生物需氧量),因此,投加聚丙烯酰胺絮凝剂进行絮凝,结果表明,溶液中剩余重金属离子浓度进一步降低。溶液中的Cu2+、Cd2+、Ni2+、Cr6+最低浓度分别是0.02 mg·L-1、0.04 mg·L-1、0.13 mg·L-1、5.84 mg·L-1。对比研究的活性炭处理的溶液中,Cd2+、Ni2+最低浓度分别为3.04 mg·L-1、4.86 mg·L-1,Cu2+、Cr6+最低浓度低于火焰原子吸收分光光度计的最低检测值。
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