玉米废弃物在废水处理中的应用

摘 要：综述了玉米芯作为一种廉价吸附剂在废水处理中的多方面应用,探讨其作为吸附剂的可行性,研究其吸附机理。指出利用农业副产物玉米芯作吸附剂具有广阔的应用价值和前途,为增加其经济价值提供了一条便捷的利用途径。

关键词：玉米芯 废水处理 吸附

中图分类号:X52文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)03(b)-0151-01

随着现代科学技术的日益增强,水资源问题不仅影响、制约着现代社会的可持续性发展,而且将成为21世纪全球资源环境的首要问题,直接威胁人类的生存和发展。工业废水中的重金属离子、色度、有机毒化物(硝基类化合物、苯酚等)等是严重污染环境和危害人体健康的有害物质。发展新的环保材料,寻找一种较为廉价的污水净化材料,降低污水处理的成本,提高净化效率已成为污水处理中亟待解决的问题。

近年来,利用廉价的农林废物作为吸附剂处理污染严重的工业废水成为研究热点。目前研究较多的农林废弃物有甘蔗渣、大豆皮、稻壳、玉米芯(剥下玉米后的剩余部分)等。其中玉米芯作为农业副产物,产量巨大、来源广泛,稳定性较好,且具有较好的机械强度。作者在此探讨了玉米芯在废水处理中的多方面应用及吸附性能,并初步探讨其吸附机理。

1 玉米芯的吸附机理

玉米芯的主要成分是纤维素和木质素,内部是多孔结构,其化学结构中所含的羧基、氨基可以成为各种污染物的吸附位。玉米芯的多孔结构,使得溶液很容易渗透进入玉米芯内部,因此吸附速度也较快。在玉米芯对各种污染物的吸附过程中,交换吸附、物理吸附、化学吸附同时存在,很难明确区分。

2 玉米芯在废水处理中的应用

2.1 玉米芯吸附处理废水中重金属离子

废水中常见的重金属主要为Cu、Cd、Ni、Pb和Zn等,传统的重金属处理技术包括化学沉淀、渗透膜、离子交换、活性炭吸附和电解等,但是这些方法一般只适用于重金属离子浓度较高的情况,当重金属离子的质量浓度小于100mg/L时,传统的处理废水的物理化学方法难度大,成本高。

玉米芯作为一种天然吸附剂,量大、成本低,具有多孔结构,经改性后具有很高的吸附能力,其吸附强度接近一般的商品吸附剂。有研究表明,在温度33℃,pH=2,质量浓度为20mg/L的50mL Cr6+溶液中,经磷酸改性后的玉米芯吸附120min对Cr6+的吸附率达98.16%,吸附效果较好[1]。

2.2 玉米芯在印染废水脱色处理中的应用

印染废水具有成分复杂、色度深、毒性强、有机物和无机盐浓度高、难以生化降解等特点,是化工环保业关注的焦点。目前处理方法主要采用生物降解法,此外,还有活性炭吸附法、絮凝法、化学氧化法和电解氧化法等也得到了开发和应用。但这些技术因效率低、成本高或使用后需再生等原因,使其广泛使用受到限制。开发、研究价廉易得且高效的染料吸附剂已引起人们的广泛关注。玉米芯经改性后对染料有较好的吸附性能。有资料报道,将玉米芯粉碎、用ZnCl2溶液浸泡、烘干炭化后,得到活性炭的前躯体,用这种玉米芯活性炭处理次甲基蓝、碱性品红、甲基橙三种染料废水,脱色率均可达到99%以上。玉米芯活性炭吸附剂处理染料废水具有较好的应用前景。

2.3 玉米芯对废水中有机物的去除

工业废水中的有机毒化物特别是苯酚对自然生态环境和人们的健康都带来极大的危害,是毒性很大的一类污染源。目前含苯酚废水处理方法,如萃取法、液膜法、缩聚法、吸附法、生物处理法、化学沉淀法等,虽各有优点,但均有不足之处[2]。如萃取法、液膜法处理高浓度含酚废水比较适宜,但出水很难达到标准;生化法只适应于低浓度的含酚废水,并且要在特定的条件下繁殖微生物;而电化学处理含苯酚废水时其去除率很低;用活性炭粉末吸附法除酚时,活性炭不易过滤,易造成二次污染;化学沉淀法经济成本高等。玉米芯作为一种价廉、丰富的污水净化材料逐渐受到人们的关注。有报道指出,将玉米芯用十二烷基苯磺酸钠改性活化3.0h后,比表面积达到1372.5m2/g,在酸性条件下对废水中苯酚的吸附率>90％,因此用改性后的玉米芯吸附废水中的苯酚有一定的可行性,并且处理后的废水可达到国家排放标准[3]。

2.4 玉米芯作碳源处理酸性矿山废水

随着国民经济的发展,酸性矿山废水(AcidMineDrainage,AMD)已经成为我国一个重要的水污染源。酸性矿山废水中含有较高浓度的硫酸盐,矿物中硫化物的氧化、硫酸盐的溶出是导致废水酸化的内在因素。酸化过程中重金属离子溶出进一步加重了废水的污染程度。以硫酸盐还原菌法(SulfateReducingBacteria,SRB)为主题的生物处理技术是近年来研究的一个重点。微生物法处理AMD就是利用硫酸盐还原菌SRB通过异化硫酸盐的生物还原反应,将硫酸盐还原为H2S,并利用某些微生物将H2S氧化为单质硫。SRB法在还原硫酸盐的过程中所使用的碳源种类(电子供体)丰富多样,迄今发现可支持其生长的基质已超过100种。玉米芯的主要化学成分是C、H、O,符合SRB所需碳源化学成分的要求;同时玉米也是我国北方主要农作物,选择玉米芯作碳源取材方便,来源充足,成本低廉,既避免了高成本的碳源问题,也降低了出水COD,具有一定的经济效益。

3 结语

农业副产物玉米芯价廉易得,且对于大多数污染物具有良好的吸附性能。吸附后的玉米芯仍具有可燃性,可作为一种燃料使用,减少对环境的二次污染。近年来它作为一种新颖、经济并有广阔前途的吸附剂愈来愈引起研究者的关注,有效地利用农业副产品玉米芯,为增加其经济价值提供了一条便捷的利用途径。

参考文献

[1]王海涛,兰建伟,杨国栋.非活体生物质对含铬废水的研究[J].环境科技,2009,22(3):41-43.

[2]赵丽丽,张惠欣.导流电解法处理含酚废水的研究[J].化工环保,2001,21(4):187-191.

[3]邱会东,刘齐兵,刘立志.改性玉米芯吸附废水中苯酚的性能研究[J].工业水处理,2007,27(10):76-77.