苗 雨，閔小波，柴立元，尹一男

(1. 中南大學(xué) 冶金科學(xué)與工程學(xué)院，長沙 410083；2. 中南大學(xué) 國家重金屬污染防治工程技術(shù)中心，長沙 410083)

鐵基生物絮凝劑去除廢水中的氟和鉛

苗 雨1,2，閔小波1,2，柴立元1,2，尹一男1,2

(1. 中南大學(xué) 冶金科學(xué)與工程學(xué)院，長沙 410083；2. 中南大學(xué) 國家重金屬污染防治工程技術(shù)中心，長沙 410083)

采用自制的鐵基生物絮凝劑對廢水中氟、鉛進(jìn)行脫除?？疾扈F基生物絮凝劑投加量、pH、反應(yīng)時間對F?、Pb2+去除效果的影響。結(jié)果表明：隨鐵基生物絮凝劑投加量的增加，F(xiàn)?、Pb2+去除率上升；酸性條件有利于F?去除率的提高，堿性條件有利于 Pb2+去除率的提高；隨反應(yīng)時間的延長，F(xiàn)?、Pb2+去除率先上升后下降。在鐵基生物絮凝劑投加量為7.5%(體積分?jǐn)?shù))，pH值為6，反應(yīng)時間為20 min的條件下，F(xiàn)?、Pb2+去除率分別為69.75%和99.89%，水中殘余F?、Pb2+濃度分別為6.05 mg/L和0.226 mg/L，均低于國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的限值。

鐵基生物絮凝劑；氟去除；鉛去除；廢水

Abstract:Fluoride and lead in the wastewater were removed with self-prepared iron-bioflocculant. The effects of the iron-bioflocculant dosage, pH, reaction time on the removal rate of fluoride and lead were also studied. The results show that the removal rates of F?and Pb2+increase with the increase of dosage of iron- bioflocculant. F?can be removed more effectively under acidic condition, while alkaline iron solution is good for removing Pb2+. When the reaction time increases, the removal efficiency of F?and Pb2+rise at the beginning then declines. In addition, the optimum treatment efficiency of the F?and Pb2+is obtained when dosage is 7.5% (volume fraction), pH value is 6 and reaction time is 20 min. Under these conditions, the removal rates of F?and Pb2+are 69.75% and 99.89%, respectively, and the residual concentrations of F?and Pb2+are 6.05 mg/L and 0.226 mg/L, respectively, which are both lower than the emission standards of pollutants for lead and zinc industry at the same time.

Key words:iron-bioflocculant; fluroide removal; lead removal; wastewater

近年來，氟、鉛污染事件頻發(fā)，對環(huán)境及社會造成嚴(yán)重危害。工業(yè)上，含氟礦石開采、金屬冶煉、半導(dǎo)體制造、電鍍等都會排放大量含氟廢水。長期飲用高氟水會危害人的健康，嚴(yán)重的會引起氟斑牙和氟骨病。鉛是工業(yè)中常用的金屬之一，鉛污染物質(zhì)是當(dāng)今對人類健康威脅最大的十大類污染物質(zhì)之一[1]。因此，去除水體中的F?、Pb2+具有重要意義。

含氟廢水的處理方法主要如下[2?4]：化學(xué)沉淀法、絮凝沉淀法、吸附法、反滲透法、電滲析法和液膜法等，前3種方法應(yīng)用較多。對于高濃度含氟廢水常用鈣鹽沉淀法處理，但很難達(dá)標(biāo)。用石灰處理后的廢水中氟含量一般不會低于20～30 mg/L[5]。絮凝沉淀法適用于含氟較低的廢水處理。吸附法適用于水量較小、低濃度含氟廢水的處理。含鉛廢水的處理方法主要如下[6?8]：化學(xué)沉淀法、絮凝沉淀法、離子交換法、吸附法和電解法等。絮凝沉淀法是目前國內(nèi)外普遍使用的一種水質(zhì)處理的前置單元操作技術(shù)，是一種既經(jīng)濟(jì)又簡便的水處理技術(shù)，絮凝劑種類繁多，其中無機(jī)絮凝劑按金屬鹽可分為鋁鹽系及鐵鹽系[9]。

在本研究中，所用鐵基生物絮凝劑是采用生物法自制的無污染、低成本的環(huán)境友好型水處理劑，其中含有部分微生物生物體，不同于傳統(tǒng)的鐵鹽水處理劑。目前，對處理含單一 F?或是單一 Pb2+的廢水研究較多[10?14]，而同時處理F?、Pb2+混合廢水的研究較少。工業(yè)廢水中含有多種離子，雖然可以通過分步法逐一去除各種離子，但是相應(yīng)地增加了工序，從而增加了成本。因此，研究一種藥劑同一過程去除廢水中多種離子是很有意義的。同時，對于絮凝劑除鉛機(jī)理的研究較多，但是對除氟機(jī)理的研究較少，尤其是不同pH對除氟效果影響的機(jī)理研究甚少。本文作者采用絮凝沉淀法，先對鐵基生物絮凝劑處理含氟和含鉛廢水分別進(jìn)行了研究，考察鐵基生物絮凝劑投加量、pH、反應(yīng)時間對F?、Pb2+去除效果的影響，確定基本工藝參數(shù)。然后研究鐵基生物絮凝劑處理F?、Pb2+混合廢水的最佳條件，旨在為廢水處理過程同時除氟除鉛提供依據(jù)，也為去除廢水中多種離子提供參考。同時，通過分析不同pH下鐵基生物絮凝劑本身絮體及含氟絮體的紅外光譜圖，研究除氟機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

(1) 實(shí)驗(yàn)試劑

鐵基生物絮凝劑(自制)：以FeSO4·7H2O為原料，選用氧化亞鐵硫桿菌，經(jīng)過一系列氧化、水解、聚合反應(yīng)得到液態(tài)鐵基生物絮凝劑，F(xiàn)e3+濃度為40 g/L[15]。

總離子強(qiáng)度緩沖調(diào)節(jié)劑(TISAB自配)：稱取58 g氯化鈉，10 g檸檬酸鈉溶于500 mL蒸餾水中，加入57 mL冰醋酸，攪拌溶解，再用6 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值到5.0～5.5之間，引入1 L容量瓶，加蒸餾水稀釋至刻度，蓋上玻璃塞，搖勻。

含氟廢水：采用NaF與蒸餾水配制F－濃度為20 mg/L的廢水。

含鉛廢水：用Pb(NO3)2與蒸餾水配制Pb2+濃度為200 mg/L的廢水。

含F(xiàn)?、Pb2+廢水：用NaF、Pb(NO3)2與蒸餾水配制F－濃度為20 mg/L，Pb2+濃度為200 mg/L的混合廢水。

所用試劑均為分析純。

(2) 實(shí)驗(yàn)儀器

F?選擇性電極，飽和甘汞電極，PHS?3E酸度計，電磁力攪拌器，TAS?990型原子吸收分光光度光度計，Nicolet IS10傅立葉紅外光譜儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

取200 mL配制好的模擬廢水置于500 mL燒杯中，在磁力攪拌下，加入一定量的鐵基生物絮凝劑，用5 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)廢水pH到一定值，待讀數(shù)穩(wěn)定后開始計時，反應(yīng)一定時間后，關(guān)閉電磁力攪拌器，靜置沉降 10 min后，取上清液測定溶液中殘余F?、Pb2+濃度。

1.3 分析方法

(1) 氟含量的測定：采用直接電位法，由標(biāo)準(zhǔn)曲線確定廢水中F?濃度[16]。

(2) 鉛含量的測定：采用原子吸收分光光度法測定廢水中Pb2+濃度[17]。

(3) 紅外光譜分析：將液體樣品置于烘箱中，于50 ℃左右烘干并研磨成粉末狀，以KBr做本底，采用壓片法用傅立葉紅外光譜儀測其譜圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 各因素對含氟廢水處理的影響

2.1.1 投加量對F?去除率的影響

在原水為200 mL、pH值為5、反應(yīng)時間為30 min的條件下，考察了鐵基生物絮凝劑投加量對F?去除率的影響，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，F(xiàn)?去除率隨鐵基生物絮凝劑投加量的增加而升高。這是因?yàn)殡S著投加量的增加，鐵基生物絮凝劑水解得到的帶正電荷的多核離子增加，這些離子對F?的靜電吸引以及產(chǎn)生的吸附架橋作用增強(qiáng)，從而提高了F?去除率。當(dāng)投加量為4%(體積分?jǐn)?shù))時，F(xiàn)?去除率達(dá)到66.65%，水中殘余F?濃度為6.67 mg/L，低于國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的8 mg/L限值。

2.1.2 pH對F?去除率的影響

在鐵基生物絮凝劑投加量為4%(體積分?jǐn)?shù))、反應(yīng)時間為30 min的條件下，pH對F?去除率的影響如圖2所示。由圖2可知，pH是影響F?去除率的一個重要因素，弱酸性條件有利于 F?的去除，pH越高，除氟效果越差。pH值在4～6之間，F(xiàn)?濃度低于國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的限值，當(dāng)pH值從6上升到7時，F(xiàn)?去除率下降很明顯，從65.25%下降到35.95%，當(dāng)pH值為10時，F(xiàn)?去除率降至11. 45%，再升高pH值，F(xiàn)?去除率不再降低?？紤]到pH值為4時，處理水略顯黃色，因此，選取最佳pH值為5。

圖1 鐵基生物絮凝劑投加量對F?去除率的影響Fig.1 Effect of iron-based water treatment agent dosage on removal of F?

圖2 pH對F?去除率的影響Fig.2 Effect of pH on removal of F?

2.1.3 反應(yīng)時間對F?去除率的影響

在鐵基生物絮凝劑投加量為4%、pH值為5的條件下，反應(yīng)時間對F?去除率的影響如圖3所示。由圖3可知，F(xiàn)?去除率隨反應(yīng)時間增加先升高后降低。這是因?yàn)閯傞_始隨著反應(yīng)時間增加，絮體逐漸增大，通過絮凝吸附、架橋等作用可以很好地去除F?，但是反應(yīng)時間過長，絮體在剪切力作用下被破壞，使F?重新回到水中。在30～60 min之間，去除率在63.80%以上，水中殘余F?濃度小于7.24 mg/L，低于國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的限值。因此，選定反應(yīng)時間為30 min。

圖3 反應(yīng)時間對F?去除率的影響Fig.3 Effect of reaction time on removal of F?

2.2 各因素對含鉛廢水處理的影響

2.2.1 投加量對Pb2+去除率的影響

在原水為200 mL，pH值為8，反應(yīng)時間為30 min的條件下，考察了鐵基生物絮凝劑投加量對Pb2+去除率的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，Pb2+去除率隨鐵基生物絮凝劑投加量的增加而升高。當(dāng)投加量為2%時，Pb2+去除率為99.82%，水中殘余Pb2+濃度為0.354 mg/L，低于國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的0.5 mg/L限值。

2.2.2 pH對Pb2+去除率的影響

圖4 鐵基生物絮凝劑投加量對Pb2+去除率的影響Fig.4 Effect of iron-based water treatment agent dosage on removal rate of Pb2+

在鐵基生物絮凝劑投加量為 2%，反應(yīng)時間為30 min的條件下，pH對Pb2+去除率的影響如圖5所示。由圖5中1號曲線可知，不加鐵基生物絮凝劑，只用氫氧化鈉調(diào)節(jié)體系的pH，Pb2+去除率隨pH升高而升高，當(dāng)pH從7升高至8時，Pb2+去除率有顯著提高，從33.4%提高至79.8%，當(dāng)pH值為11時，Pb2+去除率達(dá)到最高，為 79.8%，水中殘余 Pb2+濃度為 3.77 mg/L，但仍不能達(dá)到國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。這可能與 Pb2+的形態(tài)分布有關(guān)，pH小于7時，主要以游離Pb2+以及少量PbOH+和Pb4(OH)44+存在；當(dāng)pH在8～11時，主要以Pb6(OH)84+以及少量的PbOH+和Pb(OH)2等存在；當(dāng)pH大于12.0時，主要以Pb(OH)3?以及少量Pb(OH)2和Pb6(OH)84+形態(tài)存在[18]。由圖5中曲線2可知，pH對鐵基生物絮凝劑除鉛效果有重要的影響。當(dāng)pH值較低時，溶液中的H+會與Pb2+競爭，導(dǎo)致Pb2+去除率較低。隨著pH升高，Pb2+去除率升高，當(dāng)pH值大于7后，水中殘余Pb2+濃度即可低于國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的限值，說明鐵基生物絮凝劑對Pb2+絮凝較好。比較兩條曲線可得，在相同的pH值下，加入鐵基生物絮凝劑，會使Pb2+去除率大大提高，而且可以使水中殘余 Pb2+濃度低于國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的限值。

圖5 pH對Pb2+去除率的影響Fig.5 Effect of pH on removal of lead

2.2.3 反應(yīng)時間對Pb2+去除率的影響

在鐵基生物絮凝劑投加量為2 mL/100 mL，pH值為8的條件下，反應(yīng)時間對Pb2+去除率的影響如圖6所示。由圖6可知，Pb2+去除率隨反應(yīng)時間增加而先升高后降低。這是因?yàn)檫m當(dāng)?shù)臄嚢杩梢栽黾宇w粒間的碰撞幾率，從而使絮凝體增大，絮凝效果提高。但攪拌時間過長會導(dǎo)致絮凝體磨蝕和碎裂，重新分散于溶液中，從而使水中殘余Pb2+濃度升高。在30 min時達(dá)到最大值，Pb2+去除率為99.86%?？紤]到在20 min時，水中殘余Pb2+濃度為0.407 mg/L，已低于國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的限值。因此，控制反應(yīng)時間為20 min即可。

圖6 反應(yīng)時間對Pb2+去除率的影響Fig.6 Effect of reaction time on removal rate of Pb2+

2.3 各因素對含F(xiàn)?、Pb2+廢水處理的影響

2.3.1 投加量對F?、Pb2+去除率的影響

在原水為200 mL，pH值為6，反應(yīng)時間為30 min的條件下，考察了鐵基生物絮凝劑的投加量對 F?和Pb2+去除率的影響，結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，當(dāng)投加量為7.5%時，F(xiàn)?去除率達(dá)68.00%，Pb2+去除率達(dá)99.79%，廢水中殘余F?濃度為6.4 mg/L，Pb2+濃度為0.42 mg/L，均達(dá)到國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的要求。因此，選取最佳投加量為7.5%。

圖7 鐵基生物絮凝劑投加量對F?和Pb2+去除率的影響Fig.7 Effect of iron-based water treatment agent dosage on removal rates of F?and Pb2+

2.3.2 pH對F?、Pb2+去除率的影響

在鐵基生物絮凝劑投加量為 7.5%、反應(yīng)時間為30 min的條件下，考察了pH對F?和Pb2+去除率的影響，結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，當(dāng)pH值為4時，F(xiàn)?去除率最大，水中殘余F?濃度低至3.75 mg/L，而當(dāng)pH值為11時，Pb2+去除率最大，水中殘余Pb2+濃度降至0.140 mg/L。pH在4～6之間，水中殘余F?濃度可低于國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的限值。當(dāng)pH值在6～11時，廢水中殘余Pb2+濃度可達(dá)到國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的限制。因此，在pH值為6時，廢水中殘余F?、Pb2+濃度可以同時達(dá)標(biāo)。

圖8 pH對F?和Pb2+去除率的影響Fig.8 Effect of pH value on removal rate of F?and Pb2+

2.3.3 反應(yīng)時間對F?、Pb2+去除率的影響

在鐵基生物絮凝劑投加量為7.5%、pH值為6的條件下，考察了反應(yīng)時間對F?和Pb2+去除率的影響，結(jié)果如圖9所示。由圖9可知，當(dāng)反應(yīng)時間在20～60 min之間，F(xiàn)?去除率達(dá)69.75%以上；當(dāng)反應(yīng)時間為20 min時，Pb2+去除率達(dá)到最大，為99.89%，水中殘余Pb2+濃度為0.226 mg/L，此時F?去除率為69.75%，水中殘余F?濃度為6.05 mg/L。因此，最優(yōu)反應(yīng)時間為20 min。

2.3 鐵基生物絮凝劑除氟、鉛機(jī)理研究

pH對 F?去除率有重要影響。因此，通過比較不同pH值下，鐵基生物絮凝劑本身絮體及含氟絮體的紅外光譜圖對除氟機(jī)理進(jìn)行研究。圖10所示為pH對鐵基生物絮凝劑本身絮體與含氟絮體紅外圖的影響。由圖10(a)可知，鐵基生物絮凝劑本身絮體的紅外光譜的基本圖形不隨 pH 變化而變化，只是在波數(shù)為1 100～1 200 cm?1范圍內(nèi)的吸收峰強(qiáng)發(fā)生變化。由圖10(b)可知，pH為4～6，含氟絮體的紅外光譜的基本圖形與pH為7～11的光譜圖有差異，pH為4～6時，在波數(shù)為1 100～1 200 cm?1范圍內(nèi)出現(xiàn)兩個吸收峰。由實(shí)驗(yàn)部分可知，在此pH范圍內(nèi)，除氟效果最佳。因此，研究紅外譜圖中出現(xiàn)的這兩個吸收峰是解釋前述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵。

陳緒鈺認(rèn)為[19]，當(dāng)pH值偏高時，水中高凝聚力的高正價多核絡(luò)合離子如[Fe(H2O)6]3+、[Fe2(H2O)8(OH)2]4+、[Fe3(H2O)5(OH)4]5+的量相應(yīng)減少，而最終形成Fe(OH)3沉淀，減少了對F?的靜電吸引以及產(chǎn)生的吸附、架橋交聯(lián)等作用；絮體表面的正電荷減少，對F?的吸附減少；溶液中的OH?濃度增大，與F?發(fā)生競爭吸附，會使F?去除率降低。興虹[20]認(rèn)為，改性聚鐵除氟機(jī)理有以下幾種方式。

(1) Fe3+與F?發(fā)生如下絡(luò)合反應(yīng)：

圖9 反應(yīng)時間對F?和Pb2+去除率的影響Fig.9 Effect of reaction time on removal of fluoride and lead

(2) 廢水呈堿性狀態(tài)時，一部分Fe3+與OH?生成氫氧化鐵沉淀，反應(yīng)式如下：

氫氧化鐵沉淀在形成時，以水中其他細(xì)微懸浮物為晶核逐漸長大，氫氧化鐵沉淀顆粒的增大有利于沉降，其中作為晶核的物質(zhì)也隨之去除。另外，氫氧化鐵本身也是吸附劑，可以吸附水中的F?，進(jìn)一步降低廢水中的氟含量。

圖10 pH對鐵基生物絮凝劑本身絮體與含氟絮體紅外圖的影響Fig.10 Effects of pH on IR spectra of F?free and F?containing flocs of iron-bioflocculant: (a) IR spectra of F?free containing flocs of iron-bioflocculant at different pH; (b) IR spectra of F?containing flocs of iron-bioflocculant at different pH; (c) IR spectra of F?free and F?containing flocs of iron-bioflocculant at pH of 5

(3) 當(dāng)反應(yīng)體系的pH值達(dá)到8以上時，鐵系絮凝劑發(fā)生水解，形成以下的結(jié)構(gòu)：吸收峰，在含氟絮體紅外譜圖中出現(xiàn)1 160 cm?1和1 100 cm?1的兩個峰，可能是由絮體中的鐵氟絡(luò)離

其中，

(4) 改性聚鐵除氟的另一種方式：

由此可見，聚鐵的加入是利用了絡(luò)合原理和吸附共沉淀兩種方式除氟。

另外，盧建杭[21]在研究鋁鹽混凝去除F?的機(jī)理時指出，鋁鹽含氟絮體的紅外譜圖于鋁鹽絮體譜圖相比，在400～1 200內(nèi)的譜峰，位置和形狀都有很大的改變，原先的譜峰基本消失，在965 cm?1和590 cm?1處出現(xiàn)兩個吸收峰，認(rèn)為是由絮體中的鋁氟絡(luò)離子的振動引起的。

因此，對于本實(shí)驗(yàn)，在 pH為 4～6時，波數(shù)為1 100～1 200 cm?1范圍內(nèi)出現(xiàn)的兩個吸收峰，可能是由絮體中的鐵氟絡(luò)離子的振動引起的。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，pH為 4～6時，鐵基生物絮凝劑除氟效果較好；而當(dāng)pH值從6上升到7時，F(xiàn)?去除率下降很明顯，從65.25%下降到 35.95%；pH為 7～11時，對 F?去除率在11.45%～35.95%。因此，圖10(b)表明，pH為4～6時，鐵基生物絮凝劑除氟機(jī)理可能主要是Fe3+與F?發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，且這種絡(luò)合作用可以大大提高F?去除率；pH為7～11時，鐵基生物絮凝劑對氟有一定的去除，這可能是廢水呈堿性狀態(tài)時，主要是鐵基生物絮凝劑水解形成的系列產(chǎn)物通過吸附共沉淀等作用將F?去除。

在實(shí)驗(yàn)最佳pH為5的條件下，將含氟絮體與鐵基生物絮凝劑本身絮體的紅外光譜圖進(jìn)行比較，由圖10(c)所示。在3 000～3 600 cm?1范圍內(nèi)，含氟絮體紅外譜圖出現(xiàn)較寬強(qiáng)吸收峰，表明在這個波數(shù)范圍內(nèi)，含氟絮體中存在大量由O—H、F—H形成的鏈內(nèi)、鏈間氫鍵，因氫鍵的長短和強(qiáng)弱不同，使得其伸縮峰出現(xiàn)在一較寬的頻率范圍內(nèi)。在鐵基生物絮凝劑本身絮體紅外譜圖中出現(xiàn)的1 630 cm?1處的吸附水、配位水和結(jié)晶水的彎曲振動吸收峰，在含氟絮體紅外譜圖中位置發(fā)生偏移，移向高頻處，且峰強(qiáng)增加，這表明F?與鐵基生物絮凝劑中的—OH可能發(fā)生氫鍵作用。鐵基生物絮凝劑本身絮體紅外譜圖中 1 131 cm?1處的子引起的。因此，由圖10(c)可知，pH為5的條件下，鐵基生物絮凝劑除氟作用機(jī)理包括鐵氟絡(luò)合作用，以及F?以氫鍵或其他作用方式吸附在絮體上，通過吸附共沉淀作用將氟去除。

鐵基生物絮凝劑是富含羥基的高分子聚合物，羥基中氧原子的電子結(jié)構(gòu)是，氧原子外層的電子為 sp3雜化狀態(tài)，其中有兩個未共用的電子對占據(jù)兩個 sp3雜化軌道，可以與 Pb2+成鍵形成配位化合物。

同時，氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC—MS)分析表明，鐵基生物絮凝劑的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物組分較多，檢出的化合物含有較多的酯類、酰胺類以及烷烴類化合物及少量的生物堿類、苯類[15]。在去除F?、Pb2+過程中，鐵基生物絮凝劑含有的部分微生物體和微生物代謝產(chǎn)物可起到凝聚結(jié)晶核作用，其自身粘性又可增強(qiáng)絮凝效果，從而有助于F?、Pb2+的去除。

3 結(jié)論

1) 鐵基生物絮凝劑處理含氟廢水時，F(xiàn)?去除率隨鐵基生物絮凝劑投加量的增加而上升，隨pH的升高而下降，隨反應(yīng)時間的增加而先升高后降低。鐵基生物絮凝劑投加量為4%，pH值為5，反應(yīng)時間為30 min，水中殘余F?濃度為7.24 mg/L，低于國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的限值。

2) 鐵基生物絮凝劑處理含鉛廢水時，Pb2+去除率隨鐵基生物絮凝劑投加量的增加而上升，隨pH的升高而升高，且加入鐵基生物絮凝劑與不加相比，Pb2+去除率大大提高，隨反應(yīng)時間的增加而先升高后降低。鐵基生物絮凝劑投加量為2%，pH值為8，反應(yīng)時間為20 min，水中殘余Pb2+濃度為0.407 mg/L，低于國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的限值。

3) 鐵基生物絮凝劑處理含F(xiàn)?、Pb2+廢水時最佳條件：鐵基生物絮凝劑投加量為7.5%，pH值為6，反應(yīng)時間為20 min，廢水中殘余F?、Pb2+濃度可以同時達(dá)到國家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)規(guī)定的要求。

4) 鐵基生物絮凝劑本身絮體及含氟絮體的紅外光譜圖表明pH為4～6的范圍內(nèi)，鐵基生物絮凝劑除氟機(jī)理是鐵氟絡(luò)合作用和吸附共沉淀作用；在pH為7～11的范圍內(nèi)，鐵基生物絮凝劑除氟機(jī)理主要是吸附共沉淀作用。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，pH為4～6時有較高的氟去除率，因此，鐵氟絡(luò)合作用是提高氟去除率的關(guān)鍵。此外，鐵基生物絮凝劑可以與Pb2+形成配位化合物，同時，其含有的部分微生物體和微生物代謝產(chǎn)物可起到凝聚結(jié)晶核作用，自身的粘性又可增強(qiáng)絮凝效果，從而提高F?、Pb2+的去除率。

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(編輯 龍懷中)

Removal of fluoride and lead in wastewater with iron-bioflocculant

MIAO Yu1,2, MIN Xiao-bo1,2, CHAI Li-yuan1,2, YIN Yi-nan1,2
(1. School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;2. Chinese National Engineering Research Center to Control and Treatment of Heavy Metal Pollution,Central South University, Changsha 410083, China)

X703.1

A

1004-0609(2012)08-2366-08

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2009ZX07212-001-01)；國家杰出青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50925417)；國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2010AA065203)；新世紀(jì)人才計劃資助項(xiàng)目(NCET -10-0840)

2011-07-19；

2011-12-12

閔小波，教授，博士；電話：0731-88830875；E-mail: mxb@csu.edu.cn