藻类吸附法去除废水中的重金属

藻类吸附法去除废水中的重金属

作者：何子常;吴锐坤

来源：《价值工程》2010年第06期

摘要:介绍了藻类吸附法处理重金属废水的研究现状, 讨论了不同藻类的预处理方法和吸附能力, 总结了藻类吸附水中重金属的效果、影响因素、机理和规律, 展望了藻类在重金属废水处理中的应用前景。

Abstract: Current research of Wastewater Treatment with Algae adsorption is introduced and the pretreatment of different algae and adsorption capacity are discussed with the effect of algae adsorb heavy metals, influencing factors, mechanism and laws of the prospect of algae in the heavy metal are summed up in the paper, finally, wastewater treatment application prospects are looked ahead.

关键词:藻类;生物吸附;重金属;废水

Key words: algae;biosorption;heavy metals;waste water

中图分类号:S70文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)06-0060-01

0引言

藻类大致可以分为褐藻门、蓝藻门、红藻门、绿藻门四个门类及墨角藻属、囊叶藻属、鞘颤藻属、马尾藻属、松藻属、乳节藻属、巨藻属、昆布属、海带属、小球藻属、角叉菜属、螺旋藻属、红皮藻属、刚毛藻属等属类。藻类的细胞壁由多糖、蛋白质和脂类组成,具有粘性, 带一定的负电荷,可提供氨基、酰氨基、羰基、醛基、羟基、硫醇、硫醚、咪唑、磷酸根和硫酸根等官能团与金属离子结合。此外,其细胞膜是具有高度选择性的半透性膜,因此,藻类可以富集许多金属离子。

1藻类的预处理

在用藻类吸附重金属离子之前,通常要对藻类进行预处理,主要有物理加工、简单化学处理和化学改性等三种。

1.1 物理加工物理加工主要为干燥、粉碎。干燥会不同程度地改变藻类的组成,破坏藻类的结构。干燥温度不宜太高,一般应低于100℃,尤以日晒和冷冻干燥为好。粉碎增加了海藻的比表面积,从而能够增加其对重金属的吸附量,加快吸附速率。Gupta等[1]先将水棉绿藻用蒸馏水清洗干净,然后在太阳下干燥6h,再将其粉碎并筛选出尺寸在2~3mm之间的作为吸附剂,发现其对Cr6+的吸附量较大。Williams等[2]先将巨大昆布晒干,去除其中的砂粒和石头,然后用钉锤碾

碎,筛选出尺寸在0.5~1.0mm之间的作为吸附剂,实验结果表明其对Cu3+、Ni+和Cd2+的吸附效果都较好。

1.2 简单化学处理简单化学处理主要是用HCl或有机物浸泡。HCl或一些有机溶剂可以洗掉海藻上吸附的Ca2+,Mg2+,Na+,从而增加藻类的吸附点,有利于吸附。Yang等[1]将马尾藻粉碎,选取尺寸在1.0~1.4mm之间的作为吸附剂,并用0.1mol·L-1的HCl浸泡3h,然后用去离子水洗涤,最后在40~60℃的烤箱中烘干。实验结果表明,用预处理后的马尾藻处理含铀酰离子(UO22+)废水,在前15min内UO22+的去除率就达到70%~80%。

1.3 化学改性化学改性的目的在于改善藻类的机械性能和化学稳定性,因为天然藻类非常柔软,较易破碎、降解、腐烂。Lee等[1]将马尾藻加入甲醛和HCl的混合溶液中,在室温下轻微搅拌4h后将其过滤出来,并先后用蒸馏水、3%的碳酸钠、蒸馏水冲洗,再在60℃的条件下烘干。实验结果表明,改性后的马尾藻对Al3+,Ca2+,Mg2+,Na+的吸附量远大于未经改性的马尾藻。

2藻类对重金属的吸附效果与影响因素

2.1 吸附效果藻类对各种重金属离子都具有较大的吸附量。

2.2 影响因素影响藻类吸附量的主要因素有pH值、吸附时间、共存离子含量和重金属离

子初始浓度等。

2.2.1 pH值的影响。pH值影响细胞壁上的各种基因的性质,且pH值低时,氢离子会与重金属产生竞争吸附。赵玲等[2]用海洋原甲藻吸附水中的Cu2+,Pb2+和Zn2+,当pH值低于2.0时,吸附微弱;在pH值为

3.0~5.0时,原甲藻对Cu2+,Pb2+和Zn2+的吸附量随pH值升高而迅速增大。用马尾藻吸附UO22+,最佳pH值为4左右。

2.2.2 吸附时间的影响。吸附时间是影响吸附量的又一重要因素。藻类吸附重金属离子一

般分为两个阶段:第一阶段为物理吸附,速度较快;第二阶段的吸附是一个能量驱动的新陈代谢过程,受到能量多少(如糖份)和阻止新陈代谢过程的物质(如毒性物质KCN等)的影响,速度较慢。用马尾藻吸附Al3+,前60s的吸附速率最快。用赤潮藻吸附重金属离子,在30min内即可达到吸附平衡。用水棉绿藻吸附Cr6+,在2h后Cr6+的去除率达到96%。Klimmek等[1]用鞘颤藻吸附Pb2+和Cd2+,在前5min内对Pb2+和Cd2+的吸附量就达到饱和吸附量的90%,在30min后达到吸附平衡。

2.2.3 共存离子的影响。溶液中的共存离子是影响吸附量的第三个重要因素。在系统中欲

被分离出的金属离子称为目标离子,在溶液中,其它金属离子和目标离子都有可能结合到吸附位点上,这些其它金属离子称为竞争性阳离子。竞争性阳离子对吸附位点的占据会使目标离子的

吸附量下降。各竞争性阳离子与吸附位点之间亲和力的不同,它们对目标离子影响的能力也不

一样。同一种竞争性阳离子对具体目标重金属离子的影响是不同的。Williams等的试验表明,当溶液中同时存在Cu2+,Cd2+和Ni2+时,巨大昆布对Cu2+的吸附量比溶液中只有Cu2+时的小。