水中 Cu2+污染去除方法概述

許瑋

(江蘇省電力設計院有限公司，江蘇南京　211102)

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水中 Cu2+污染去除方法概述

許瑋

(江蘇省電力設計院有限公司，江蘇南京211102)

摘要:介紹了物理法、化學法、生物法三種水中Cu2+的去除技術，闡述了各種方法的技術原理，并分析了不同方法的優缺點及適用范圍，得出了一些結論，可為水中Cu2+污染去除方法的選擇提供參考。

關鍵詞:水體，物理法，化學法，生物法

1　概述

銅被廣泛地應用于電氣、建筑、機械制造、國防、農業生產等行業中。同時，Cu也是人體必需的微量元素，對體內酶的合成，鐵的吸收和利用，維持中樞神經系統的正常功能有著重要的作用，但過多的銅進入體內則極易引起嘔吐、上腹疼痛、急性溶血和腎小管變形等Cu中毒現象。自然水體和食物中Cu2+具有天然的本底濃度，近年來，電鍍行業、煉銅行業的不自律排放造成附近重金屬污染的例子屢見不鮮。

有研究表明，當水中Cu2+達到0．01 mg/L時，由于Cu2+的滅菌作用，就會對水體的自凈作用產生不良影響［1］。我國GB 5479—2006飲用水衛生標準規定:水中Cu離子的濃度不得超過1．0 mg/L，GB 21900—2008電鍍行業污染物排放標準中也規定企業廢水總排放口檢測到的總銅含量不得超過1．0 mg/L。水中金屬離子的去除按照化學性質可分為物理法、化學法、生物法和聯用方法。物理法主要包括吸附法、離子交換法和膜分離方法等;化學法主要包括化學沉淀法和化學還原法;生物法主要為微生物的吸附和植物的吸收、遷移。

2　不同去除方法的探討

2．1物理法

1)吸附法。

吸附法主要利用吸附材料如活性炭纖維［2］、沸石［3］、碳納米管［4，5］、膨潤土［6］、蒙脫土［7］、多孔植物材料如柚皮［8，9］、桑枝粉［10］、板栗殼［11］等吸附去除水中的Cu2+，這些材料具有較大的比表面積和孔隙率，對水中微量污染物的去除效果良好。林燕華［2］利用活性炭纖維(ACF)作為基底材料，向表面附著TiO2后制成電極材料連接電化學工作站的陰極進行Cu2+的去除，結果發現無外加電場時ACF的吸附量為0．89 mg/g，TiO2/ACF材料的吸附量為3．17 mg/g。隨著外加電壓由0 V增加至2 V，ACF 和TiO2/ACF材料對Cu2+的吸附量分別增加了5．79 mg/g和5．58 mg/g，外加電場的作用下，Cu2+向電解槽的陰極聚集，隨著電壓增加，電場作用增強，材料對Cu2+的吸附作用顯著增加。沸石是一類含水的鋁硅酸鹽礦物多孔吸附材料，主要由SiO4和AlO4的四面體單元組成。天然沸石中由于雜質含量高不利于其應用，近年來人們合成了不同Si，Al比的沸石用于重金屬的去除，萬東錦等人［3］采用硅鋁比為25，38，50的25H，38H，50H型沸石材料，發現這三種材料對水中Cu2+的去除為Langmuir吸附，其中吸附容量最大的為25H型沸石分子篩，為12．83 mg/g。鋁硅比影響材料表面的孔徑，硅鋁比越高，越不利于Cu2+的吸附。碳納米管(CNT)作為近年來研究最為廣泛的納米材料，在Cu2+的去除中也有部分研究［4，5］，夏冰使用原始碳納米管吸附水中Cu2+，飽和吸附量為10．2 mg/g;經酸改性后，飽和吸附量提高為38．2 mg/g，向CNT表面附著Fe2O3則使飽和吸附量進一步升至40．45 mg/g;這三種碳納米管材料對Cu2+的吸附也符合Langmuir吸附模型。膨潤土(蒙脫石)作為傳統的吸附材料去除水中重金屬離子早有研究，膨潤土可使腐殖酸對Cu2+的去除效果提高10%以上［6］，改性后的蒙脫石材料——單層納米伊/蒙黏土對Cu2+的吸附量為12．68 mg/g。自然界中同時存在著很多種多孔植物材料如柚皮、桑枝粉、栗子殼等，這些材料經過改造后也可用于水中Cu2+的吸附。使用異丙醇對柚皮進行改性后，Cu2+吸附量由未改性時的1．26 mg/g增加至2．5 mg/g［8］。使用堿處理改性柚皮也能提高Cu2+的吸附量，經過NaOH處理以后的柚皮對Cu2+的吸附可達到4 mg/g［9］。經過處理后的橘皮也具有良好的吸附性能，馮寧川等等對橘子皮進行無水乙醇-NaOH交聯改性以后，飽和吸附容量可達到50．17 mg/g［12］。改性桑枝粉和栗子殼也對銅離子具有一定的吸附作用，飽和吸附量分別為13．18 mg/g和10．94 mg/g。

綜上所述，吸附法對Cu2+的吸附可采用的材料多種多樣，自然界中天然存在的材料經過改性后對Cu2+的吸附量能夠顯著提高，在實際應用時吸附劑材料一般需求量大，且達到吸附飽和后需要置換，在天然來源不足的情況下，應考慮使用人工合成的吸附劑材料。

2)膜分離法和離子交換膜法。

膜分離法是近年來迅速發展起來的一種方法，利用外加壓力和膜技術將水中的污染物截留在膜一側，膜另一側的出水即為低濃度或不含污染物的水。離子交換膜法利用陽離子交換樹脂膜材料中的半透膜作用和離子交換、吸附作用，將水中的Cu2+截留、交換或吸附，這種方法的去除效率主要取決于膜的孔徑、孔隙率和離子的水化半徑［13］。

2．2化學法

化學法去除水中銅離子主要分為兩大類:

一類是化學沉淀法，主要通過加入絮凝劑或堿溶液與銅離子結合生成沉淀后，通過過濾、沉降等方法將其去除。沈為國等人［14］通過向含銅廢水中加入NaOH形成Cu(OH)2沉淀后，加入絮凝劑使沉淀增大后沉降，經過處理后的CuSO4廢水可以達標排放。安瑜等［15］使用高分子絮凝劑(MF)去除含銅離子的高濁度水，投加量為1 mg/L的MF可絮凝沉淀Cu的濃度為6．25 mg/L，

另一類是化學還原法，主要利用金屬材料的活潑性，對水中的Cu2+進行置換。

主要反應機理見下式:

采用金屬對水中的Cu2+進行還原后，Cu單質附著在材料表面，金屬材料本身被氧化為金屬離子。因此使用金屬還原法去除水中Cu2+的一個限制因素為當材料表面被Cu單質完全覆蓋后，材料的還原性能即立即終止。但在含有低濃度銅離子及其他污染物的溶液中，少量Cu單質的附著反而可作為催化劑，有利于其他污染物的去除［16］。在處理過程中要根據實際的銅離子含量進行選擇。

2．3生物法

銅離子通常作為殺菌劑使用，因此能夠吸收利用銅離子的細菌種類不多。

田建民［17］利用外紅硫螺菌屬表面莢膜產生的粘液多糖吸附表面的銅離子，由于細菌表面分泌產生的莢膜物質和粘液帶負電，通?？呻娢剿械年栯x子，實驗表明，該細菌外部產生的聚合物吸附的銅離子占生物干重的25%～30%。

楊志泉等［18］采用好氧—厭氧生物聯用方法去除垃圾滲濾液中的重金屬，發現Cu2+的濃度由31．67 mg/L降低為21．54 mg/L，去除率為31．99%。由于Cu2+的殺菌作用，微生物對Cu2+的去除通常為吸附作用。自然界中有一類植物也可對Cu進行富集和轉移，研究人員通過水培實驗種植狹葉香蒲去除水中的Cu2+，發現在狹葉香蒲的莖和葉中累積的Cu干重分別高達1 233．8 mg/kg和632．3 mg/kg DW(干重)。使用植物法修復水中的Cu污染，Cu最終富集在植物體中，通過收割植物，實現水中Cu的去除。

3　結語

物理法處理水中銅離子的污染時主要為吸附劑的使用，其中天然材料如柚皮、橘子皮、板栗殼等經過改性后可具有與化學合成的吸附劑相當的吸附能力，但在實際應用于大量水中的Cu2+污染時，由于吸附劑需求量大且化學合成吸附劑的吸附容量可調節，因此化學合成的吸附劑應用前景更廣闊。使用絮凝劑的化學法去除效果遠遠好于加堿沉淀法，絮凝劑本身帶有負電荷，可與Cu2+離子相互吸引，進一步提升了絮凝去除效果。生物法則適用于原位修復，未來可更多考慮用于土壤中的銅離子污染修復。

參考文獻:

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中圖分類號:TU991．21

文獻標識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0202-02

收稿日期:2016-03-23

作者簡介:許瑋(1983-)，男，工程師化學絮凝劑的去除效果遠遠好于上述提到的吸附劑材料。

Review on the removal methods of copper ions pollution from water

Xu Wei
(Jiangsu Power Design Institute Co．，Ltd，Nanjing 211102，China)

Abstract:The paper introduces Cu2+removal techniques from water of physical method，chemical method and biological method，describes their own technological principles，analyzes their merits and defects and application scope，and finally draws some conclusions，which will provide some guidance for selecting Cu2+pollution removal method from water．

Key words:water，physical method，chemical method，biological method