1、引言
隨著經(jīng)濟(jì)和社會的高速發(fā)展，人類社會生活和生產(chǎn)對環(huán)境造成的污染，已經(jīng)影響到人類的生活和健康，尤其是重金屬污染問題對人類健康損害更為明顯。盡管鈷、鎳、鋅、銅等重金屬是人體健康和生命所必需的微量元素，但當(dāng)其在人體中含量超過一定濃度時，會對人體產(chǎn)生不同程度的毒害作用。一般重金屬在天然水體中的含量在1mg/L～10mg/L左右就會產(chǎn)生毒性效應(yīng)，而對于汞、鎘等毒性較強(qiáng)的重金屬產(chǎn)生毒性的質(zhì)量濃度大約為1μg/L～10μg/L。
廣西壯族自治區(qū)依靠豐富的自然資源使工業(yè)化進(jìn)程得到了較快的發(fā)展，特別是以有色金屬采選、冶煉、加工等為主導(dǎo)的重點(diǎn)行業(yè)發(fā)展迅速，己成為了廣西重要的支柱產(chǎn)業(yè)，同時，種類繁多、成分復(fù)雜的各種含重金屬污染物的產(chǎn)生量和排放量也在不斷增加。鉛鋅冶煉作為有色金屬冶煉行業(yè)的重要組成部分之一，在生產(chǎn)、加工等過程會產(chǎn)生大量高濃度重金屬廢水，如冶煉廠除塵系統(tǒng)的排水、酸洗廢水、清洗廢水等。鉛鋅冶煉是鉛鋅行業(yè)中的高污染行業(yè)，表現(xiàn)為典型的重金屬廢水污染，其水質(zhì)復(fù)雜，多呈酸性，對環(huán)境污染重。經(jīng)過長期的發(fā)展和建設(shè)，眾多的鉛鋅冶煉生產(chǎn)企業(yè)近年來得到了快速發(fā)展，與之相應(yīng)，生產(chǎn)廢水量越來越大，過去粗獷發(fā)展方式留下的冶煉企業(yè)和冶煉廢水還在繼續(xù)威脅著生態(tài)環(huán)境。
目前，鉛鋅冶煉行業(yè)污水處理已有多種方法，鉛鋅冶煉廢水的主要處理方法有化學(xué)沉淀法、電解法、電絮凝法等物理和化學(xué)方法等，各有優(yōu)缺點(diǎn)，針對不同區(qū)域、不同特性的廢水處理技術(shù)有待深入研究。因此，找到更為先進(jìn)的鉛、鋅冶煉廢水處理技術(shù)，降低環(huán)保設(shè)施運(yùn)行維護(hù)成本，有必要研發(fā)適用于實(shí)際生產(chǎn)的鉛鋅冶煉廢水處理技術(shù)。本項(xiàng)目利用活性炭進(jìn)行改性得到的吸附材料，對鉛鋅冶煉廢水中的鉛和鎳具有很好的吸附作用，對于開展鉛鋅冶煉廢水污染防治、規(guī)避環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)具有重要應(yīng)用價(jià)值和意義。
2、實(shí)驗(yàn)部分
2.1 儀器和試劑
儀器設(shè)備和裝置：電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）；SHZ-88水浴恒溫振蕩器；Sevenmulti型pH/電導(dǎo)率/離子綜合測試儀；DHG-9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱）。
實(shí)驗(yàn)試劑：市售活性炭；十二烷基苯磺酸鈉SDBS（AR純）；鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000mg/L）；鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000mg/L）；一次性注射器；0.45μm水系微孔濾膜；UP水。
實(shí)驗(yàn)研究用水：實(shí)驗(yàn)室自配模擬廢水，配制得到的廢水溶液鎳離子和鉛離子的濃度分別為100μg/L和10mg/L。
2.2 改性活性炭的制備
取10.0g活性炭，用去離子水洗凈，過濾，80℃下烘12h；取40.0g十二烷基苯磺酸鈉SDBS，溶于500mL去離子水，定容至1000mL；將凈化好的10.0g活性炭，加入到上述SDBS溶液中，超聲5min，以120rpm震蕩水浴反應(yīng)48h，過濾，80℃下烘24h，得到炭-SDBS。
2.3 炭-SDBS對廢水中鎳離子的吸附性能研究
采用水浴振蕩批量處理法進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。取模擬廢水200mL，加入到250mL具塞三角瓶中，投入炭-SDBS，在水浴條件下，以120r/min振蕩反應(yīng)，然后用0.45μm微孔濾膜進(jìn)行過濾。
2.3.1 不同吸附劑量-吸附能力的關(guān)系
分別精確稱量0.005g、0.007g、0.010g、0.020g、0.050g炭-SDBS，依次加入到200mL實(shí)驗(yàn)廢水中，超聲5min后，在溶液原始pH值7.0條件下（即無需調(diào)節(jié)溶液pH值），以120rpm速度震蕩，室溫下水浴反應(yīng)24h，用0.45μm微孔濾膜過濾，分析鎳離子濃度。
2.3.2 吸附時間-吸附能力的關(guān)系
取7份0.01g炭-SDBS，分別加入到200mL實(shí)驗(yàn)廢水中，超聲5min后，在溶液原始pH值7.0條件下（即無需調(diào)節(jié)溶液pH值），以120rpm的速度震蕩，室溫下水浴反應(yīng)，反應(yīng)時間依次為0.5h、1h、2h、4h、8h、12h、24h，用0.45μm微孔濾膜過濾，分析廢水中鎳離子的濃度。
2.3.3 溫度的影響
取5份0.01g炭-SDBS，依次加入200mL廢水中，超聲5min后，在溶液原始pH值7.0條件下，以120rpm的速度震蕩，分別在30.0℃、35.0℃、40.0℃、45.0℃、50.0℃、60.0℃水浴中反應(yīng)，用0.45μm微孔濾膜過濾，測定鎳離子濃度。
2.3.4 溶液pH值的影響
取7份0.01g炭-SDBS，分別加入到200mL廢水中，用1mol/L稀硫酸溶液依次調(diào)節(jié)pH值分別為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0，超聲5min，以120rpm的速度震蕩，室溫下水浴反應(yīng)24h，用0.45μm微孔濾膜過濾，測定鎳離子濃度。
2.4 炭-SDBS對廢水中鉛離子的吸附性能研究
采用水浴振蕩批量處理法進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。取200mL模擬廢水（鉛離子濃度為10mg/L），加入到錐形瓶中，投入一定量的吸附劑，在水浴條件下，以120r/min振蕩反應(yīng)，然后用0.45μm微孔濾膜進(jìn)行過濾，分析溶液中鉛離子濃度。
2.4.1 不同吸附劑量-吸附能力的關(guān)系
分別稱量0.01g、0.02g、0.05g、0.07g、0.10g、0.20g、0.30g、0.40g的炭-SDBS，分別加入到100mL的廢水中，超聲5min后，在溶液原始pH值7.0條件下（即無需調(diào)節(jié)溶液pH值），以120rpm速度震蕩，室溫下水浴反應(yīng)24h，用0.45μm微孔濾膜過濾，分析廢水中鉛離子的濃度。吸附前后廢水中的鉛離子濃度用ICP-MS測定。
2.4.2 吸附時間-吸附能力的關(guān)系
取7份0.10g炭-SDBS，依次加入100mL廢水中，超聲5min后，在溶液原始pH值7.0條件下（即無需調(diào)節(jié)溶液pH值），以120rpm的速度震蕩反應(yīng)，室溫下水浴反應(yīng)，反應(yīng)時間依次為1h、2h、4h、8h、12h、24h，用0.45μm微孔濾膜過濾，分析廢水中鉛離子的濃度。
2.4.3 溫度的影響
取5份0.10g炭-SDBS，依次加入100mL廢水中，超聲5min后，在溶液原始pH值7.0條件下（即無需調(diào)節(jié)溶液pH值），以120rpm的震蕩速度反應(yīng)，分別在30.0℃、35.0℃、40.0℃、45.0℃、50.0℃、60.0℃水浴中反應(yīng)，用0.45μm微孔濾膜過濾，分析廢水中鉛離子的濃度。
2.4.4 溶液pH值的影響
取7份0.1g炭-SDBS，依次加入100mL廢水中，調(diào)節(jié)pH值分別為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0，超聲5min，以120rpm的速度震蕩，室溫下水浴反應(yīng)24h，用0.45μm微孔濾膜過濾。
3、結(jié)果與討論
3.1 炭-SDBS吸附鎳離子的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
3.1.1 吸附劑量對鎳離子吸附能力的影響
如表1、圖1所示，含鎳廢水中鎳離子濃度隨著吸附劑量的增加而降低；吸收劑量為20mg時，溶液中的鎳去除率達(dá)94.7%，吸附劑量為50mg時，鎳去除率為96.3%，則用20mg吸附劑即可。
3.1.2 吸附時間對炭-SDBS吸附鎳離子效果的影響
從表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，可知鎳去除率隨著吸附時間的增加而增加，考慮現(xiàn)實(shí)意義，以反應(yīng)5小時為宜。
3.1.3 吸附溫度對炭-SDBS吸附鎳離子效果的影響
鎳去除率基本不隨溫度變化而變化，可選擇室溫反應(yīng)作為反應(yīng)溫度，如表3所示。
3.1.4 溶液pH值對吸附性的影響
溶液的酸堿度對吸附性影響較大，溶液為酸性時（pH值1～6）時對鎳的去除率均偏小，溶液pH值7時去除率顯著增加，如表4所示。
3.2 炭-SDBS吸附鉛離子的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
3.2.1 吸附劑量對鉛離子吸附能力的影響
由表5、圖2可知，吸附后的鉛溶液濃度隨著吸附劑量的增加而降低；吸附劑量0.30g以上時，溶液中的鉛離子趨于完全吸附。
3.2.2 吸附時間對炭-SDBS吸附鉛離子效果的影響
表6中，鉛去除率基本不隨時間變化而變化，表明炭-SDBS吸附溶液中的鉛是快速反應(yīng)并達(dá)到吸附平衡的過程，吸附反應(yīng)選1小時為宜，如表6所示。
3.2.3 吸附溫度對炭-SDBS吸附鉛離子效果的影響
在不同的吸附溫度，鉛去除率維持在40%～50%，基本不隨溫度變化而變化，因此可選擇室溫作為反應(yīng)溫度，如表7所示。
3.2.4溶液pH值對吸附性的影響
如表8所示，鉛去除率隨溶液pH值的增加而增大，溶液pH值7時吸附量最大。
3.3 結(jié)論
3.3.1 改性活性炭對鉛和鎳的吸附率較好
在水浴條件下，以0.25g炭-SDBS為吸附劑吸附100mL模擬廢水中的鉛（10mg/L），室溫下水浴震蕩反應(yīng)，溶液pH值為7，鉛吸附率可達(dá)98.0%。用0.02g炭-SDBS吸附200mL鎳離子濃度100μg/L的廢水，室溫下水浴震蕩反應(yīng)，溶液pH值為7，鎳吸附率可達(dá)96.3%。
3.3.2 吸附劑用量越大，對鉛和鎳的吸附效率越好
吸附200mL鎳離子濃度100μg/L的模擬廢水，吸收劑量為10mg～50mg時，鎳去除率81.5%～96.3%。吸附100mL10mg/L的鉛溶液，吸附劑量200mg～400mg時鉛去除率91.5%～98.0%。
3.3.3 吸附時間的選擇
對鎳和鉛的吸附時間分別為1小時和5小時前提下，吸附效率較好。
3.3.4 溶液pH值的影響
溶液中的pH值對鉛、鎳的吸附有顯著影響，是影響吸附效率的最關(guān)鍵的因素。
3.3.5 改性活性炭吸附鉛鋅冶煉廢水中鉛和鎳的優(yōu)化參數(shù)
炭-SDBS吸附200mL鎳離子濃度100μg/L的廢水，優(yōu)化吸附條件是：0.02g炭-SDBS，室溫下水浴震蕩反應(yīng)，吸附時間5h，溶液pH值為7。炭-SDBS吸附水樣中的鉛，以吸附100mL10mg/L的鉛溶液為例，研究不同吸附劑量、吸附時間、吸附溫度、溶液pH值與吸附性的關(guān)系，得到炭-SDBS吸附廢水中鉛的優(yōu)化條件是：0.30g炭-SDBS，室溫下水浴震蕩反應(yīng)，吸附時間1h，溶液pH值為7。（來源：廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院）
