曾 娜，黎哲祺，王湘英

湖南工業(yè)大學，湖南 株洲 412008

近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展，排入環(huán)境中的含有重金屬離子的廢水已成為最常見的污染物之一[1-3]．在礦物加工、金屬冶煉過程中產生的重金屬離子隨著廢水、廢渣和煙氣排放到環(huán)境中，而存儲在大氣和土壤中的重金屬離子隨著降雨、地表徑流和地下水的流動，逐漸被遷移到水體中．水是人類生產、生活中不可缺少的物質，通過飲用水和食物進入人體的重金屬離子在人體中累積對人體器官造成嚴重破壞，而且很難排出體外．含鉛廢水主要來自各種電池工業(yè)、石油化工行業(yè)，對人體健康和動植物生長都有嚴重危害[4]．鎘對人體和環(huán)境有很大的危害，因而被列為第一類有毒污染元素[5-6]．全世界每年通過河流輸入海洋的鋅約393萬t，采礦場、機器制造廠等排放的工業(yè)廢水中含有大量的鋅化物[7-10]．

目前，處理重金屬離子污水的方法分別有生物法、物理法和化學法[11-15]．生物法利用耐金屬離子細菌，以其為處理手段，該法處理周期長；物理法采用離子交換樹脂或者膜過濾的方法，該法存在費用高、處理量小等問題；化學法是用無機堿做沉淀劑，該法存在金屬離子去除率低，同時產生大量廢渣等問題．因此，水體中重金屬離子污染的治理成為亟待解決的問題．

重金屬鰲合絮凝劑不僅具有水溶性，而且對重金屬離子具有良好的螯合絮凝沉淀性能．該絮凝劑分子量大，具有很強的吸附能力，有吸附容量大、效率高、使用方便、原料來源廣、合成工藝簡單、產品無毒無臭等優(yōu)點，對Pb2+，Cd2+和Zn2+的絮凝效果很好，去除率均在99%以上，可以大規(guī)模治理含重金屬離子的污水．在治理過程中發(fā)現(xiàn)，將沉淀過濾后濾渣量很少，可直接焚燒灰化，灰中的金屬可以再次回收或者直接安全填埋，以此達到快速、高效、大規(guī)模治理含重金屬離子污水的目的，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益．

1 實驗部分

1.1 實驗試劑

儲備液制備：準確稱取Pb(NO3)2，Cd(NO3)2和Zn(NO3)2試劑，分別配成含Pb2+，Cd2+和Zn2+的1 g/L(以Pb2+，Cd2+，Zn2+計)的標準溶液，其作為儲備液．

水樣制備：絮凝實驗時，從儲備液中用移液管吸取25 mL的標準溶液于150 mL燒杯中，再加入25 mL 分子水，使溶液體積大約為50 mL，攪拌均勻即為待處理含鉛、鎘、鋅水樣．

Ca2+和Mg2+溶液制備：準確稱取CaCl2及MgCl2試劑，分別配成1 g/L的含Ca2+和Mg2+(以Ca2+，Mg2+計)的標準溶液，其作為Ca2+和Mg2+的儲備液．根據(jù)所需用移液管吸取不同的量，來制備不同質量濃度的Ca2+及Mg2+溶液．

重金屬絮凝劑PVX，為本實驗自制；Pb(NO3)2，Cd(NO3)2，Zn(NO3)2，CaCl2，MgCl2，NH4Cl，NH3·H2O，HAc，NaAc，EDTA，二甲酚橙，鉻黑T及六次甲基四胺，以上試劑均為分析純；實驗用水，均為分子水．

1.2 實驗儀器

25 mL滴定管、250 mL錐形瓶、250 mL抽濾瓶、125 mL布氏漏斗、10 mL移液管，真空泵，電子天平，加熱磁力攪拌器．

1.3 實驗方法

取100 mL含鉛、鎘、鋅水樣各9組，分別投加一定量的PVX絮凝劑，然后用磁力攪拌器快速攪拌(120 r/min)1 min，靜置5 min后抽濾，分別得到含鉛、鎘及鋅的離子清液．采用EDTA滴定法，分別按照鉛的測定方法[16]、鎘的測定方法[17]、鋅的測定方法[17]，分別測定清液中殘余的鉛、鎘及鋅離子的質量濃度，并通過計算得出各金屬離子的去除率．

2 結果與討論

2.1 PVX用量對去除率的影響

首先用0.01 mol/L的氫氧化鈉溶液和0.01 mol/L的鹽酸溶液調節(jié)已制備的鉛、鎘、鋅離子水樣，使pH值為6，然后分別投加不同質量濃度的PVX．研究PVX用量對Pb2+，Cd2+及Zn2+的去除率的影響，結果如圖1所示．

圖1 PVX用量對Pb2+，Cd2+及Zn2+去除率的影響Fig.1 Influence of PVX dosage on removal rate of Pb2+, Cd2+ and Zn2+

從圖1可見：PVX對含鉛、鎘、鋅離子水樣有較好的去除效果，且隨著PVX投加量的增加，對Pb2+，Cd2+及Zn2+的去除率逐漸升高；當PVX投加量為40 mg/L時Pb2+的去除率為99.9%，當PVX投加量為70 mg/L時Cd2+的去除率為99.9%，當PVX投加量為100 mg/L時Zn2+去除率為99.9%．實驗過程中發(fā)現(xiàn)，隨著PVX投加量的增加，生成的絮體大且多，沉降速度也更快，對Pb2+，Cd2+及Zn2+的去除效果更好．這是因為：當PVX質量濃度較低時，PVX與Pb2+，Cd2+及Zn2+的接觸機會較小，形成的螯合絮體的量較少，其捕集、卷掃的作用較弱，導致Pb2+，Cd2+及Zn2+的去除率較低；當PVX質量濃度增大時，Pb2+，Cd2+及Zn2+的去除率升高．這是因為，有機高分子絮凝劑的絮凝劑機理是通過電中和，使高分子鏈與多個膠體顆粒以化學鍵相結合形成橋鏈，同時高分子具有較強的吸附作用，因而形成大的膠體顆粒分子團而沉降下來[18]．

2.2 Ca2+和Mg2+含量對去除率的影響

2.2.1 Ca2+及Mg2+含量對Pb2+去除率的影響

在已制備好的含鉛水樣及PVX投加量為20 mg/L的條件下，分別投加不同質量濃度的Ca2+和Mg2+溶液，并調節(jié)水樣的pH值為6．研究Ca2+及Mg2+含量對Pb2+的去除率的影響，結果如圖2所示．

圖2 Ca2+及Mg2+含量對Pb2+去除率的影響Fig.2 The effect of Ca2+ and Mg2+ content on the removal rate of Pb2+

從圖2可見：隨著Ca2+和Mg2+添加量的增加(小于50 mg/L時)，Pb2+的去除率呈上升趨勢，表明Ca2+和Mg2+對Pb2+的去除起到明顯的促進作用，這是由于Ca2+和Mg2+存在時發(fā)生了電中和作用而壓縮了雙電層，從而降低了ζ電位，減弱了排斥作用，加速了PVX-Pb絮體沉降，從而表現(xiàn)為一定的促進作用[19]；當Ca2+和Mg2+添加量分別達到50 mg/L時，Pb2+的去除率達到最高，分別為99.4%和99.9%．

2.2.2 Ca2+及Mg2+含量對Cd2+去除率的影響

取已制備好的含鎘水樣，在PVX投加量為20 mg/L的條件下，投加不同質量濃度的Ca2+和Mg2+溶液，并調節(jié)水樣的pH值為6，研究 Ca2+和Mg2+含量對Cd2+的去除率影響，結果如圖3所示．

圖3 Ca2+及Mg2+含量對Cd2+去除率的影響Fig.3 The effect of Ca2+ and Mg2+ content on the removal rate of Cd2+

從圖3可見：隨著Ca2+及Mg2+添加量的增加，Cd2+的去除率呈上升趨勢，表明Ca2+和Mg2+起到明顯的促進作用；當Ca2+的添加量為80 mg/L及Mg2+的添加量為90 mg/L時，Cd2+的最高去除率分別為97.9%和98%．

2.2.3 Ca2+及Mg2+含量對Zn2+去除率的影響

取已制備好的含鋅水樣，在PVX投加量為20 mg/L的條件下，投加不同質量濃度的Ca2+及Mg2+溶液，并調節(jié)水樣的pH值為6．研究Ca2+和Mg2+含量對Zn2+去除率的影響，結果如圖4所示．

圖4 Ca2+及Mg2+含量對Zn2+去除率的影響Fig.4 The effect of Ca2+ and Mg2+ content on the removal rate of Zn2+

從圖4可見：當Ca2+及Mg2+添加量達到20 mg/L時，Zn2+去除率最高為93.8%和74.2%，表明Ca2+和Mg2+存在對Zn2+去除起到明顯的促進作用；但是隨著Ca2+及Mg2+添加量的增加，Zn2+去除率反而降低，與對Pb2+和Cd2+的去除效果相比，PVX對Zn2+去除效果略差．這主要是因為PVX分子中以-S-為主的配位，S原子不易與堿金屬和堿土金屬離子發(fā)生配位或配位后穩(wěn)定性較差[20]，加入的Ca2+和Mg2+不易與二硫代羧基中的S發(fā)生配位反應，不能生成沉淀物，而且Ca2+和Mg2+帶有較高的正電荷，且離子半徑較小，當它們大量存在時容易使PVX-Pb絮體周圍存在大量正電荷，由于靜電斥力會阻礙絮體的聚集，致使去除率有所下降．

3 結 論

(1)高分子絮凝劑PVX對Pb2+和Cd2+具有很好的去除效果，相比之下對Zn2+去除效果略差．總的來說，高分子絮凝劑PVX具有投加量少、形成的絮體大、沉降速度快，可以大規(guī)模治理含重金屬離子污水．

(2)PVX投加量相同時，對Pb2+去除效果最好，Cd2+去除效果次之，Zn2+去除效果再次之．

(3)水樣中鉛、鎘、鋅的去除率達到99.9%時， PVX的用量分別為40，70和100 mg/L．

(4)有Ca2+及Mg2+存在時，對PVX去除Pb2+和Cd2+均起到促進作用；當Ca2+及Mg2+含量小于20 mg/L時，對Zn2+的絮凝起促進作用，大于20 mg/L效果不明顯．