鉛、鎘是廢水排放標準中嚴格控制的第一類污染物，這類物質能在環(huán)境或動植物體內蓄積，對人體健康產生長遠的不良影響。GB8978-88規(guī)定了車間或處理設施排放口排水的最高容許排放濃度，隨著我國工業(yè)和經濟的發(fā)展，江河、湖庫、地下水都不同程度地受到了污染。

近年來,環(huán)境礦物材料以其經濟、有效、無二次污染等特點,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(tǒng)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 ，動物骨、牙的主要無機組分,也是合成生物材料的重要原料。近來年,日本鈴木喬等人發(fā)現(xiàn),水溶液中的某些陽離子可保留在合成的羥基磷灰石上,其行為類似于水溶液中陽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程.對溶液中離子的去除順序為Pb2+>Cd2+>Zn2+>Mn2+>Hg2+[2,3] 。介質的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等，而這些因素與Hap的去除金屬離子行為密切相關。絡合平衡計算，鉛、鎘離子在不同pH值時具有不同的型體及分布系數(shù)。Hap在空白溶液中的表面電動電勢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合與表面電位吸附。同時Hap溶解性不僅與溶液中酸性呈正相關，在含金屬離子溶液中溶解時，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(xiàn)解吸，因此不會產生二次污染。

2 實驗與結果         

2. 1實驗設備         

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(wěn)定的高溫帶上,在1100℃、常壓下煅燒2h,從燃燒管的一端通入穩(wěn)定流量的水蒸汽.反應結束后,冷卻反應產物,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 實驗數(shù)據(jù)結果分析          

在室溫為25℃時，取初始濃度為10mg/L的實驗室含鎘廢水每份各100ml，初始濃度為200mg/L的實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)，開始計時并攪拌，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,結果見表1。

因實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污染物的排放標準，而且廢水仍呈酸性，這時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驗室用化學純的氧化鈣加入到傾出的上清液中調pH≥10,開始計時并攪拌半小時后靜止過夜，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,結果見表2

經過上述兩種方法的間歇式處理實驗，高濃度的實驗室含鉛鎘廢水已達到GB3838-88地面水三級質量標準，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pH值、溫度、吸附時間、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]。              

從動力學角度來看，大致可分為兩個階段：初期階段反應速度快，動力學過程復雜；后期階段反應速度較慢，并符合一級反應動力學方程。實驗研究表明：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時這種增加趨勢變緩。

Hap對水溶性鎘在初始濃度為10mg/L時的酸性溶液中 ，去除率與介質的pH、作用時間、Hap用量呈正相關 。通過正交實驗確定了最佳吸附條件：pH值為6，攪拌時間為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、攪拌時間為1h、吸附溫度為25℃。在此條件下，Hap對200mg/L的實驗室含鉛廢水進行實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，而且不會產生二次污染等顯著優(yōu)點。采用消石灰二次處理的方法可以使較低濃度實驗室含鉛鎘的廢水達到地面水三級質量標準，將二者結合實驗廢水的處理方法具有實用性、可行性、安全性等優(yōu)點，對從事重金屬分析的實驗室廢水的處理有一定的推廣價值。           

參考文獻  
     
[1] 中國環(huán)境監(jiān)測總站.環(huán)境水質監(jiān)測質量保證手冊[M].(第二版)北京,化學工業(yè)出版社,1994.

[2] TakashiSuzuki,ToshiakiHatsushika,YasumasaHayakawa.Synthetichydroxyapatitesasinorganiccation exchangers(Ⅰ).J.Chem.Soc.,FaradayTrans.1981,77:1059.            

[3]TakashiSuzuki,KyoichiIshigaki,MichihiroMiyake.Synthetichydroxyapatitesasinorganiccationexchangers(Ⅱ).J.Chem.Soc.,FaradayTrans.1984,80:3157.          

[4] 劉羽,鐘康年,胡文云.用水熱法羥基磷灰石去除溶液中鉛離子的研究[J].武漢化工學院學報,1998,20:39-42.     

[5] 胡戀,陳朝猛,謝水波.羥基磷灰石生物活性材料處理重金屬廢水的機理及效果研究[J].南華大學學報,2005,19:29-33.        

作者簡介：李坤（1978-），畢業(yè)于東北農業(yè)大學資源與環(huán)境學院環(huán)境保護專業(yè)，現(xiàn)大慶市環(huán)境監(jiān)測中心站從事質量控制工作。  

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