环保型城市建设中地下水体重金属污染的吸附处理研究

2019-07-31胡兵

中国资源综合利用 2019年7期

胡兵

（锦州市环境监测中心站，辽宁锦州 121000）

地下水作为自然界水循环系统的重要组成部分，同时也是人类赖以生存和发展的必需资源之一。然而，由于工业化与城市化进程的迅猛发展，矿产资源的过度开采与应用导致地下水污染逐渐变得严重[1]。

目前，有效的地下水体重金属元素污染吸附处理技术已经有十多种，然而种种原因导致部分吸附处理技术不能实现大范围的推广与应用。其中，微生物吸附处理技术主要利用微生物的生化反应来处理环境中的有害物质，通过化学反应去除地下水体中的重金属元素。经过细胞内外的联合、沉淀以及积累，有毒的重金属就会被储放在细胞的不同部位或者结合到细胞外壁上，人们可以利用生物代谢过程，将金属离子沉淀，或轻度整合在可溶性或非溶性的生物多聚肽产物上[2]。

1 环保型城市建设中地下水体重金属污染的吸附处理

壳聚糖（CTS）作为去除重金属离子的有效吸附剂之一，已经被广泛应用在废水和受重金属污染的地下水体的吸附处理中[3]。壳聚糖（CTS）分子中含有许多的氨基分子和羟基分子，可以高效地利用氢键、氨键、盐键、生物肽和等作用对水体中的重金属离子进行物理或化学上的吸附处理，其理化性指标如表1所示。

表1 壳聚糖（CTS）理化性指标

重金属作为国家规定的典型一类环境污染物，其相对原子质量在68.5～212.6，其相对密度小于10.0，既包括铅、铁、镉、钡、铬、钼、汞和类金属砷等生物毒性较强的重元素，以及锌、铜、锰、钴、镍、锡等具备一定毒性的普通重金属元素。水中的重金属一般会以多样形式而存在，主要包括离子交换态、金属盐残存态、生物结合态、有机物结合态、残渣结合态等。其中，结合态、交换态的毒性最大，残存态的毒性最小，因为其活性较弱，例如，甲基汞的毒性就要比汞的其他形态强。

重金属很难被生物酶或其他生物降解，很容易在生物体内富集。例如，重金属Cd元素就是一级致癌物质，进入人体后会长时间滞留不被消化，在生物体内的半衰期较长，保持在15～45个月[4]。汞能够和生物体内蛋白质中的巯基、羟基高度亲和，进而生成硫醇盐等物质，最终导致蛋白质合成被有效抑制。Cd会造成人体骨骼肌矿密度大幅度降低，增加骨折的发生率，人体一旦摄入过量，就会导致器官衰竭等一系列病症。

1.1 壳聚糖复合剂的制备

实际应用发现，现场配置的壳聚糖溶液与放置一段时间后的壳聚糖溶液相比，黏度明显不一样，放置时间越长，其黏度就越低，因为壳聚糖在金属性催化的条件下极易发生水解反应。所以，黏度变化是衡量壳聚糖溶液是否稳定的一个重要指标，主要受到金属浓度、金属种类、金属放置时间、pH值、温度、湿度以及溶液离子强度等影响。实践也发现，甲酸、乙酸、盐酸、乳酸等均为较好的溶解介质，金属会延长壳聚糖蛋白主链的水解反应，放置时间延长会导致其黏度下降[5]。

黏度下降与金属毒性并无明显关系，普遍来说，壳聚糖溶液在毒性较大的金属中容易降解，在毒性较低的金属中有着较高的稳定性。同样浓度的无机金属比有机金属介质降解得速度要快，因为前者电离的氢氧离子与氢离子大于后者，催化作用更明显[6]。壳聚糖（CTS）的制备过程为：将上述Cu-HCl溶液通过5号注射器滴入固化液中，同时通过电动搅拌器进行缓慢搅拌，待其半凝固为液凝固体后，为防止壳聚糖湿树脂发生黏结，至滴完后，反复过滤，将湿树脂洗至中性，再以丙酮浸泡进行脱色处理。过滤湿树脂并在极度真空环境下干燥，即得到壳聚糖（CTS）复合剂。

1.2 高效絮凝、助凝处理

对于水溶性极好、分子量较小的金属离子而言，传统絮凝剂的脱色效率一般，一般可以达到吸附处理的初级要求。壳聚糖属于弱性阳离子高分子絮凝剂，大部分地下水体污染中的金属离子带有普通电荷，阳离子絮凝剂在地下水体重金属污染处理中要比阴离子或非离子型絮凝剂具有更明显的优势，吸附处理效果更好。将壳聚糖进行羧甲基化改变后，人们就会得到水溶性极好的羧甲基壳聚糖，用来絮凝处理地下水体污染中的重金属废水。事实表明，羧甲基壳聚糖对地下水体污染中的重金属废水具有优良的脱色效果，对于不同的污水，处理的最佳pH值也各不相同，普遍保持在2.2～6.8。

1.3 重金属迁移与去除

壳聚糖的氢氧离子含量较高，并且含有较多基团，它与重金属的络合能力比较强，对金属离子的吸附能力比较好。重金属在壳聚糖中的迁移主要按照两种输出方式进行，一是随水流在有限时间内以一定浓度输出。二是连续输出，壳聚糖中的重金属溶液从开始渗出直至接近初始浓度，之后金属离子相继驱替，对地下水体的修复效果比较好，吸附方便，容易随水流迁移或去除，不会产生二次污染。