盐改性沸石处理低浓度含镉废水的研究

吴宏涛,钟志成

(湖北师范学院 城市与环境学院， 湖北 黄石 435002)

盐改性沸石处理低浓度含镉废水的研究

吴宏涛,钟志成

(湖北师范学院 城市与环境学院， 湖北 黄石 435002)

采用盐溶液对沸石进行改性，考察了改性沸石吸附处理低浓度含镉废水的影响因素，研究结果表明，在废水质量浓度为10.93mg/L、pH为 7.37、改性沸石用量为1.0g、吸附时间为50min、反应温度为25℃的条件下，水中Cd2+最高去除率达到98.99%.

改性沸石；吸附；含镉废水

近年来，随着我国城镇化步伐的加快和工农业的大力发展，大量未经处理的含镉废水排入水体，使得水体中含镉量急剧增加，对饮水安全构成了极大的威胁。Cd(Ⅱ)是水中主要重金属污染物之一，其主要来源于采矿、冶炼、化工、电镀等行业[1]。Cd(Ⅱ)对人体和环境的危害众所周知，其一般通过呼吸道和消化道进入生物体，与生物体中各种含硫基的酶结合，进而抑制酶的活性和生理功能。水体中含有微量的镉便可对生物和人体产生毒害作用[2]。我国规定：工业废水中镉的排放浓度限值为0.1mg/L，2006年发布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定，饮水中镉的浓度限值为0.005mg/L.因此含镉废水在排放前进行有效处理具有相当重要的环境意义[3]。

沸石是一种天然矿物，也可从工业废弃物中合成，其具有较高的化学、生物稳定性和优良的吸附性能。我国沸石资源十分丰富，总贮存量占世界首位，市场价格也较便宜。沸石既可用来去除水中氨氮、有机物等污染物，又可用来去除水中重金属污染物，且再生方法简单，在水和废水处理中应用前景广泛[4]。天然沸石或人造沸石经过改性，可以明显提高其孔隙率和表面活性，提高吸附性能、离子交换性能及交换容量等，从而提高其在废水处理中的使用价值[5]。本文探讨了利用盐改性沸石处理低浓度含镉废水的效果及其影响因素。

1 试验部分

1.1试验材料

试验选用人造沸石作为试验材料。其技术条件见表1.

表1 试验用人造沸石技术条件

1.2试验试剂

NaCl、KCl、FeCl3·6H2O、CdCl2·2.5H2O、盐酸、NaOH(均为分析纯)。

1.3试验仪器

JJ-4六联同步电动搅拌机、BS224型电子天平、JY4001电子天平、SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵、HWS-26电热恒温水浴锅、Drying Oven SFG-02.500电热恒温鼓风干燥箱、pHS-25型pH计、岛津AA-6200火焰原子吸收分光光度计、国华企业THZ-82恒温振荡器。

1.4试验方法

1.4.1 沸石预处理 用自来水将人造沸石冲洗3～4次，洗净杂质，再用蒸馏水冲洗2～3次，放入烘箱中在105℃温度下烘干，冷却后装入密封袋中备用。

1.4.2 改性沸石的制备 称取适量的沸石于烧杯中，加入盐溶液，在水浴锅中用65℃水浴加热5h，倒出上清液，并用去离子水洗涤多次，放入烘箱中在105℃温度下烘干，冷却后装入密封袋中备用。

1.4.3 吸附试验 在250mL烧杯中加入100mL含Cd2+废水和一定量的改性沸石，以110r/min的转速搅拌一定时间。取上清液用火焰原子吸收分光光度计法(波长为228.8nm)测定滤液的吸光度，确定废水中剩余Cd2+的浓度，并计算其去除率。研究过程所用废水为模拟废水，用分析纯CdCl2·2.5H2O配制含Cd2+10.93mg/L的废水。

2 结果与讨论

2.1改性剂种类对Cd2+去除效果的影响

分别制备以1mol/L的 NaCl、KCl、FeCl3溶液作为改性剂的盐改性沸石。每种沸石分别称取0.5g于烧杯中，并进行试验(反应时间为30min，反应温度为25℃)。试验结果见图1。

图1 改性剂对去除效果的影响

结果表明，KCl改性的沸石处理效果较好，NaCl和FeCl3改性的沸石处理效果较差，后续的试验均用KCl改性的沸石作为吸附剂。

2.2改性剂浓度对Cd2+去除效果的影响

采用不同浓度的KCl溶液作为改性剂制备改性沸石。每种改性沸石分别称取0.5g进行试验(反应时间为30min，反应温度为25℃)。试验结果见图2.

图2 改性剂浓度对去除效果的影响

由图2可见，不同浓度的改性剂对水中Cd2+去除率无显著差别。说明用1mol/LKCl改性沸石时，钾离子与钙离子交换已较完全，从经济的角度考虑，后续的试验均采用1mol/L的KCl改性的沸石。

2.3吸附时间对Cd2+去除效果的影响

称取0.5g改性沸石6份，并进行试验，反应时间分别为10min、30min、40min、50min、60min、70min，反应温度为25℃.试验结果见图3.

图3 吸附时间对去除效果的影响

由图3可见，在吸附时间为10min时，Cd2+去除率为94.42%，到70min时Cd2+去除率为94.05%；在吸附时间为10min到70min的时间段内，Cd2+去除率先增加后降低，在50min时达到最高点，去除率达到95.52%.后续试验的吸附处理时间均取50min.

2.4改性沸石用量对Cd2+去除效果的影响

分别称取0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g改性沸石进行试验，反应温度为25℃.试验结果见图4.

图4 改性沸石用量对去除效果的影响

由图4可见，随着改性沸石用量的增加，水中Cd2+去除率呈上升趋势，但当改性沸石用量达到1.0g以上后，水中Cd2+去除率增幅并不明显，故后续试验均采用1.0g改性沸石。

2.5pH对Cd2+去除效果的影响

向6个烧杯中各加入1.0g改性沸石，再加入100mL废水，调节废水pH分别为3.16、4.55、5.39、6.83、7.37、8.43，调节水温为25℃，进行试验。试验结果见图5.

图5 pH对去除效果的影响

由图5可见，在酸性条件下Cd2+的去除率较低，这是由于氢离子竞争作用的结果。当pH为7.37时，去除率可达98.99%，去除效果较好。在碱性条件下观察到沉淀析出，此时水中Cd2+受沉淀、吸附的协同作用，其去除率进一步提高。

2.6温度对Cd2+去除效果的影响

向5个烧杯中各加入1.0g改性沸石，再加入100mL废水，调节废水pH为7.37，通过恒温水浴分别设置反应温度为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃，试验结果见图6.

图6 温度对去除效果的影响

由图6可见，在20～40℃的范围内，水中Cd2+去除率先略有增加后逐渐降低并趋于稳定，水中Cd2+去除率未受到温度的明显影响。

3 结论

1)与NaCl、FeCl3等改性剂相比，采用KCl改性的沸石处理低浓度含镉废水可取得更高的去除效率。2)在20～40℃的范围内，水中Cd2+去除率先略有增加后逐渐降低并趋于稳定，温度对水中Cd2+去除率无明显影响。3)采用经1mol/L KCl溶液改性沸石1.0g，在废水质量浓度为10.93mg/L、pH为 7.37、吸附时间为50min、反应温度为25℃的条件下，水中Cd2+最高去除率达到98.99%.

[1]戴世明,吕锡武.镉污染的水处理技术研究进展[J].安全与环境工程,2006,13(3):63～71.

[2]林达红.改性沸石粉去除微污染水源水中镉(Ⅱ)的试验研究[D].广州：暨南大学硕士学位论文,2009:1～2.

[3]杨慧芬,武志勇,张 波.不同类型沸石对水中Cd(Ⅱ)的吸附去除作用比较[J].环境工程,2008,26(增刊):349～352.

[4]何少华,黄仕元,金必慧.沸石在水和废水处理中的应用[J].矿业工程,2004,2(1):24～27.

[5]于凤娥,叶志平,郭杏妹，等.沸石的改性及其在废水处理中的应用[J].广东化工，2007,34(2):48～50.

Studyonthetreatmentoflowconcentrationcadmium-containingwastewaterbysaltmodifiedzeolite

WU Hong-tao,ZHONG Zhi-cheng

(College of Urban and Environmental Sciences, Hubei Normal University,Huangshi 435002,China)

Zeolite was modified by saline solution. Factors affecting the adsorption of low concentration cadmium-containing wastewater by salt modified zeolite were researched. The study results showed that under the conditions of wastewater mass concentration 10.93mg/L, pH7.37, dosage of modified zeolite 1.0g, adsorption time 50min and reaction temperature 25℃, the highest removal rate of cadmium is 98.99%.

modified zeolite; adsorb; cadmium-containing wastewater

2013—12—16

吴宏涛(1981— )，男，湖北广水人，硕士，主要研究方向为污水治理.

X703

A

1009-2714(2014)02- 0015- 04

10.3969/j.issn.1009-2714.2014.02.004