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腐殖酸及其衍生物在水處理中的應用

更新時間:2009-08-19 15:25 來源: 作者: 閱讀:2585 網友評論0

腐殖酸(又稱胡敏酸Humic acid,簡稱HA)是一種廣泛分布于自然界的有機高分子化合物,大量存在于土壤、河湖海沉積物以及風化煤、褐煤、泥炭中,是構成土壤和水體中有機質的主要成分。其作為染色助劑、粘合劑、水處理劑、水質穩定劑和鍋爐阻垢劑等廣泛應用于電鍍、印染、石油、醫藥、環保等方面。
  
1 腐殖酸的化學組成、結構和性質
  
腐殖酸是由C、H、O、N、S等元素組成。工業上所用腐殖酸多數是用堿溶酸析的方法從風化煤、褐煤和泥煤中提取出來的。一般認為,腐殖酸是一組芳香結構的、性質相似的酸性物質的復雜混合物,它的大小約由10個分子大小的微結構單元組成,每個結構單元又是由核、橋、鍵、活性基團組成,各種類型的腐殖酸普遍存在苯的衍生物,脂肪酸、苯羧酸、酚羧以及它們的衍生物。腐殖酸是一種親水性可逆膠體,比重在1.330~1.448之間,通常腐殖酸多呈黑色或棕色膠體狀態,其顏色和比重隨煤化程度的加深而增加。腐殖酸具有疏松的“海綿狀”結構,使其產生巨大的表面積(330~340 m2/g)和表面能,構成了物理吸附的應力基礎。由于腐殖酸分子結構中所含的活性基團能與金屬離子進行離子交換、絡合或螯合反應,因此可用來處理重金屬離子廢水、印染廢水和其他工業廢水。
  
2  腐殖酸在水處理中的應用
  
2.1 處理重金屬離子廢水
  
重金屬離子廢水是一種對生態環境危害極大的工業廢水,重金屬離子進入環境后參與食物鏈直接威脅人體健康,帶來嚴重后果。目前對含重金屬離子Pb2+、Cu2+、Cr3+、Cd2+等的廢水處理方法主要分為兩類:一類是將溶液中的金屬離子轉變為不溶性物質,如化學沉淀法、電解還原法[1]等;另一類是不改變金屬離子化學形態條件下的縮合分離,如離子交換法和交換纖維法[2,3]等。化學沉淀法通常是向廢水中加入化學藥劑,使重金屬離子生成不溶的或難溶的化合物沉淀析出,但此法所用沉淀劑價格較貴,處理中易排出有害氣體,反應后殘留物的去除還存在一定困難;電解還原法是通過電解作用使重金屬離子在電極上析出,此法操作簡便,不必消耗化學藥劑,但電和金屬電極消耗大,而且在處理過程中產生大量的污泥還需要進一步的處理;離子交換法處理效果好,但處理廢水成本較高。交換纖維是一種新型的交換材料,其特點是比顆粒狀吸附劑交換速度快,多用于各種無機離子的分離、提取(如重金屬、貴金屬等),但用于處理廢水成本較高。而泥炭價格低,其中含有腐殖酸及羥基、羧基、醌基等活性基團,可與水中重金屬發生離子交換、絡合反應及表面吸附作用[4,5],對重金屬離子具有很好的去除效果,去除率均在97%以上,且具有較強的抗Ca2+、Mg2+干擾能力。吸附重金屬離子后,經過解析脫附再生處理可循環利用[6]。王蘭等[7]利用大同風化煤粉中的腐殖酸處理天津某廠含鎘電鍍廢水,使處理前含鎘量為92.5 mg/L的水,處理后鎘含量降為0.1 mg/L,去除率為99.8%,達到國家規定的排放標準。王蘭等[7]還利用吉林黃泥河泥炭(腐殖酸含量42.6%,粒徑<60目)對長春某廠的電鍍含鉻廢水進行吸附實驗,常溫下間歇攪拌,吸附5 h后,鉻的去除率達96.6%以上。
  
2.2 處理染色廢水
  
染料廢水在處理中脫色是一個難題。利用泥炭腐殖酸作為陽離子染料脫色劑用于處理陽離子印染廢水,無論色度有多高,通過泥炭脫色劑濾層,都可達到無色透明,經脫色處理后的污水可循環利用。泥炭吸附劑也可以把染色廢水中毒性較大的陽離子緩染劑(1227)和柔劑VS等去除97%以上。陳仙[8]利用腐殖酸鈉對印染廢水進行處理研究,實驗結果表明,對染色污染物的去除率很高,而且工藝成本較低,具有較高的凈化效果。
  
2.3 用于阻垢緩蝕劑
  
腐殖酸主要是一些天然的芳香族羥基羧酸,相對分子質量大,具有離子交換、吸附絡合等性質及良好的滲透性與分散性,且能有效地分散金屬氧化物,在金屬表面形成化學性質穩定的保護膜,表現出良好的阻垢、除垢和緩蝕性。邱廣明等[9]利用腐殖酸鈉和含磺酸基的共聚物為原料制得HA/P共混物對水中CaCO3、Ca3(PO4)2的阻垢率、Fe2O3的分散性以及緩蝕性進行研究發現,此共混物具有很高的阻垢、分散和緩蝕性能,避免了由于缺少磷系水處理劑而帶來的不利影響,具有很高的實際應用價值。
  
2.4 用于處理其他工業廢水
  
用含77.22%游離腐殖酸的Kapucin制劑進行污水脫酚試驗,在向污水中加入此種制劑時,腐殖酸變成腐殖酸鹽,可以吸附污水中的酚。被酚飽和的腐殖酸鹽以沉淀物形式從污水中分離出來。日本進行的研究是將2~3 mm的SiO2用酚醛樹脂涂覆后再涂上腐殖酸制成吸油劑,用于處理含油廢水,去油效果非常理想。按5:100比例將含有腐殖酸和微生物的土壤丸粒投入屠宰廠廢水中(含BOD 14300mg/L、固體懸浮物18900 mg/L及大腸桿菌24000mg/L),在3個曝氣池中連續反應,最后生成一種不含大腸桿菌、BOD和懸浮固體極低(分別為65和19 mg/L)的澄清液。
  
3 應用前景
  
 由于腐殖酸具有較強的離子交換能力、吸附能力和脫除雜質能力,而且原料來源廣泛,制造簡單,生產成本低,使用安全方便,還可以再生回用,因此在處理工業廢水、廢氣等方面的應用日益受到各國廣泛關注。近十年來,它作為廢水廢氣凈化劑,作為脫臭劑等在國內外都進行了大量的研制工作。作為一種新型天然水處理劑,其開發利用前景將是非常廣闊的。

  
 

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