宁夏南部山区苦咸水的净化研究

蔡 超，刘聪颖

(1 宁夏大学化学化工学院，宁夏 银川 750021；2 银川能源学院石油化工学院，宁夏 银川 750100)



宁夏南部山区苦咸水的净化研究

蔡 超1，刘聪颖2

(1 宁夏大学化学化工学院，宁夏 银川 750021；2 银川能源学院石油化工学院，宁夏 银川 750100)

针对宁夏南部山区部分居民仍在饮用苦咸水这一现状，将当地广泛种植的荞麦取其壳经简单处理后用作吸附剂对苦咸水进行净化处理，研究荞麦壳改性前后对水中Hg2+离子、Cr6+离子及溶解性总固体的吸附特性。结果表明，用NaH2PO4改性的荞麦壳具有较好的吸附效果，不仅吸附速度快，而且对Hg2+离子、Cr6+离子的吸附率分别可达81%和76%，净化后水质达到饮用标准。这一研究为荞麦壳的资源化利用探索了新的途径。

苦咸水；净化；荞麦壳；吸附

宁夏南部山区丘陵、山地相伴而生，该地区约70万居民多年来依靠开挖水井和修筑涝坝、收集雨雪水和河冰作为人畜饮用水源[1]。近十年来受降雨量持续减少影响，而较高的大气温度又使蒸发量加大，生活用水极为困难。因受含盐地层影响，地下水水质盐分含量极高，口感苦涩，俗称苦咸水，其溶解性总固体>1000 mg/L。因水中重金属离子中毒引发的肾炎、肾病综合征、消化道溃疡﹑消化功能紊乱、氟骨症、氟斑牙等其他一些地方病发病率较高[2]。苦咸水用于农业灌溉，会使土壤的颗粒结构变坏，影响土壤的透气性、保水性能。

吸附法被认为是一种有效去除水中低浓度有毒有害物质的好方法，它具有操作简单经济有效，对去除物质毒性不敏感等优点[3]。树脂吸附法对各种离子几乎都能除去，一般可除去水中含盐量的99%以上，当然也包括对人体有益的金属离子。天然矿石吸附法因矿石受水的侵蚀时间长，强度降低，磨损率、破损率高，使用周期短，机械强度差，严重影响滤速。市售的超滤净水机，因需连接到自来水管上使用；若用超滤净化水机处理井水，需安装自吸泵，不仅增加耗电量，而且井水中的杂质极易堵塞超滤净水机内的过滤膜。

宁夏南部山区广泛种植荞麦，约占粮食作物面积的14%[4]。脱壳后的荞麦壳多用于制枕头芯、饲料或基肥、焚烧。荞麦壳里有纤维素、木质素等，故有研究者由荞麦壳制草酸、氰乙基纤维素，或从中提取膳食纤维、天然色素。

表1 荞麦壳的基本成分

纤维素里的D-葡萄糖基以β-1,4-苷键连接形成纤维状多毛细管立体规整性高分子聚合物，具有多孔和比表面积大的特性[5]；木质素里的苯丙烷通过醚键和碳碳键形成具有复杂三维立体网状结构的天然酚类聚合物，何新建等[6]的研究表明木质素及其衍生物对重金属离子有较好的吸附性能。纤维素和木质素这样的结构决定了其会对溶液中的金属离子有吸附作用。党艳等[7]的研究表明荞麦皮生物吸附能有效地去除水中的罗丹明B。

1 实 验

1.1 仪器与试剂

荞麦壳产自宁夏同心县；酒石酸钾钠；纳氏试剂；溴酸钾—溴化钾液；盐酸羟胺；汞标准储备、使用液；二苯碳酰二肼溶液；铬标准储备、使用液；无水碳酸钠粉末。滤膜及配套滤器；电导率仪；蒸发皿；烘箱，原子荧光光度计；分光光度计等。

1.2 实验方法

1.2.1 水质分析

水质采用国标GB5749进行分析。

1.2.2 荞麦壳的吸附特性测定

荞麦壳经精选-洗涤-晾晒-粉碎等简单预处理后，称取一定量浸泡在苦咸水中，待一定时间充分吸附后过滤，对比吸附前后水质。

1.2.3 荞麦壳的改性

荞麦壳用0.2 mol/L的NaH2PO4浸泡荞麦壳24 h，然后过滤、洗涤、干燥。

1.2.4 改性荞麦壳饱和吸附量的测定

(1)静态吸附法

称取0.5 g分析纯硝酸汞和3 g分析纯重铬酸钾，置于250 mL烧杯中加水溶解，定量转移到1000 mL容量瓶中，稀至刻度摇匀。此时混合液中Hg2+浓度为308.9671 mg/L，Cr6+为530.2494 mg/L，此浓度远大于苦咸水中浓度。

称取100 g改性荞麦壳于500 mL干燥具塞磨口三角瓶中，加入已知浓度的Hg2+、Cr6+混合液500 mL，振荡30 min，静置24 h后，吸取上清液进行浓度测定，吸附前后浓度的差值与混合液体积的乘积即为改性荞麦壳静态饱和吸附量。

(2)动态吸附法

配制Hg2+浓度为308.9671 mg/L、Cr6+为530.2494 mg/L的混合液2 L，用改性荞麦壳吸附装置处理，收集最后出水并分析其浓度。吸附前后浓度的差值与体积的乘积即为改性荞麦壳动态饱和吸附量。

2 结果与讨论

2.1 水样成分分析

国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定饮用水应该满足106项指标，其中常规指标42项，非常规指标64项。根据宁夏南部山区同心县的地质地貌，确定分析项目为常规指标和非常规指标中的9项。在同心县某村镇采集的水样经分析，结果见表2。

表2 水样分析结果

检出结果经与国家指标限值对比，发现水样1、水样2的Hg2+、Cr6+和溶解性总固体超标，这就是导致直接饮用口感苦涩的原因。由此确定了净化需去除的杂质对象：Hg2+、Cr6+和溶解性总固体。

2.2 荞麦壳吸附特性分析

荞麦壳改性前后吸附效果比较见表3。

表3 净化水分析结果

未改性荞麦壳能较好地去除Cr6+和溶解性总固体，但未能将Hg2+浓度控制在国标内。改性荞麦壳有效去除Hg2+、Cr6+和溶解性总固体，各项指标均低于国标限值，净化水水质符合国家《生活饮用水卫生标准》。对Hg2+和Cr6+的吸附率分别达81%和76%。

2.3 改性荞麦壳饱和吸附量的测定

2.3.1 静态吸附法

对改性荞麦壳饱和吸附量进行测定，经计算得：qHg=10.83 mg/100 g，qCr=245.118 mg/100 g。

2.3.2 动态吸附法

对改性荞麦壳饱和吸附量进行测定，经计算得：qHg=10.54 mg/100 g，qCr=241.453 mg/100 g。

改性荞麦壳吸附剂表面的羟基、甲氧基、羰基和羧基等各种官能团总数，相对于苦咸水中含量极低的Hg2+和Cr6+来讲，吸附位置是过量的，所以无论是静态吸附还是动态吸附，官能团都可以迅速地与Hg2+和Cr6+发生吸附作用。

3 结 论

本研究利用荞麦加工的副产物荞麦壳为原料，通过化学改性后将其作为吸附剂，用于处理宁夏南部山区苦咸水，它有着传统方法不可替代的优势：①成本低、操作简单价；②吸附能力强、吸附量大。这一研究可为解决山区苦咸水饮用提供理论和实践指导，为荞麦壳的资源化利用探索了新的途径。

[1] 史宏安. 宁夏地表水水化学特征的分布与评价[J]. 人民黄河,1993(10):4-6.

[2] 李小妹,严平,郭金蕊,等. 宁夏东南部清水河苦水河流域苦咸水水质综合评价[J].干旱区资源与环境,2014，28(2):136-142.

[3] 王小芳,吕金顺,杨安仁. PDF对Hg2+、Pb2+、Cd2+的吸附机理及动力学研究[J].西南科技大学学报,2003,18(4):51-55.

[4] 贺维兰. 固原市原州区推广荞麦种植的可行性分析[J].现代农业科技，2011(24)：128.

[5] 尹小红,常建华,徐家业. 纤维素强阴离子交换剂对Cr(Ⅵ)的吸附性能[J]，西安石油学院学报,2003,18(1):33-37.

[6] 何新建,谢建军,李晟,等. 木质素及其衍生物对重金属离子吸附性能研究进展[J].广东化工,2009,36(10):81-84.

[7] 党艳,罗倩,李克斌,等. 荞麦皮生物吸附去除水中罗丹明B的吸附条件响应面法及热力学研究[J].环境科学学报,2011,31(12):2601-2607.

Purification of Brackish Waters in South Mountain Area in Ningxia

CAIChao1,LIUCong-ying2

(1 College of Chemistry and Chemical Engineering，Ningxia University，Ningxia Yinchuan 750021;2 Institute of Petrochemical Technology, Yinchuan Energy Institute, Ningxia Yinchuan 750100, China)

At present, some residents in south mountain area in Ningxia still drink brackish water. The buckwheat shell was used as adsorbent in brackish water purification. It was chemically modified by using NaH2PO4, compared with the raw buckwheat shell,increased its Hg2+and Cr6+absorption.The buckwheat shell was able to remove 81% and 76% of Hg2+and Cr6+.The buckwheat shell is a potential high efficient material for removal of brackish water. A new way of buckwheat shell utilization was explored.

brackish water; purification; buckwheat shell; adsorption

蔡超(1970-)，女，副教授，主要从事水处理研究。

O69

B

1001-9677(2016)020-0067-03