農林廢棄物資源化利用及其在重金屬廢水處理中的研究進展

李莎

摘 要：農林廢棄物來源廣泛，數量巨大，如果不經任何處理任意堆積或者排放到環境中去，不僅會造成資源浪費，還會導致生態環境的嚴重破壞。該文綜述了農林類廢棄物的資源化利用技術及其在去除水體重金屬污染中的研究進展，重點討論了農林廢棄物在水體重金屬污染處理中的應用研究進展以及去除機理，為農林廢棄物的資源化利用和在重金屬污染水體治理中的應用提供參考。

關鍵詞：農林廢棄物 資源化利用 重金屬廢水 吸附機理

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0128-02

1 農林廢棄物的種類

農林廢棄物是農、林類產業在生產加工的過程中產生的副產物，其數量巨大，種類繁多。該類廢棄物是一種重要的可再生資源，合理開發利用農林廢棄物生物質材料，不僅可以提高資源利用率，提升其經濟價值，還可以有效減少環境污染，符合我國現階段環境保護政策和可持續發展理念[1]。農林廢棄物主要包括農業生產廢棄物、畜牧業廢棄物、農產品加工廢棄物、森林撫育和間伐期廢棄物、木材加工和采運過程廢棄物、林業產品加工過程廢棄物等[2]。

2 農林廢棄物在水體重金屬污染治理中的研究

利用農林廢棄物吸附去除重金屬污染水體中的重金屬離子是一種經濟、高效的技術手段。然而多數天然的農林廢棄類生物質材料對于重金屬的吸附性能并無法滿足實際應用的需要[3]，因此，目前對農林廢棄類生物質材料的研究多集中于新型生物質材料吸附性能的研究、生物質材料吸附性能的改性優化研究和生物質材料的炭化制備研究。

2.1 農林廢棄物制備新型生物質材料吸附性能的探索研究

有些農林廢棄類生物質材料近年來已經得到了廣泛的研究，但由于其種類繁多，結構復雜，許多材料可能具有更加良好的重金屬吸附性能，但尚未被充分研究。因此，對新型生物質材料吸附性能的探索研究將有助于拓寬生物吸附劑來源范圍，提升農林廢棄物的利用價值。

近年來，許多學者關注于一些新的農林類廢棄物材料制備的生物吸附劑上。Hasan S H[4]等對比研究了麥麩、玉米麩和水稻麩對硒離子的吸附能力，結果表明麥麩對硒離子的吸附效果較另外兩種材料具有明顯優勢，其對四價和六價硒離子的吸附容量分別為89.28、80.65 μg·g-1。Ayoub A等[5]利用松木、柳枝稷和百慕大草制備了一種新型的半纖維素——殼聚糖生物吸附劑，對低濃度下的重金屬離子吸附效果較好，在離子濃度為5 mg·L-1，pH值為5的條件下，對Pb2+、Cu2+、Ni2+離子的吸附容量分別為2.90、0.95、1.37 mg·g-1。

2.2 農林廢棄物生物質材料吸附性能的改性優化研究

大部分天然農林廢棄類生物質材料具有一定的重金屬吸附能力，但是在應用過程中天然材料的吸附性能并無法滿足實際需求，因此人們通過對已研究過的材料進行改性處理，達到優化其重金屬吸附性能的目的。

Varala S等[6]利用制備卡蘭賈油后的副產物脫脂種子作為生物吸附劑，通過響應曲面法研究了其對Zr（IV）離子的吸附性能，150 ℃處理后的吸附劑表面更加光滑，孔隙深度增加，對Zr（IV）離子的吸附容量為38.46 mg·g-1。Song S T等[7]研究了嫁接巰基改性后稻桿與未處理稻桿對Hg2+離子的吸附效果，改性后稻桿表面形態變得更為不規則，活性官能團種類增多，未改性和改性后的稻桿對Hg2+離子理論吸附容量分別為103.10、161.30 mg·g-1，改性后材料吸附性能明顯提升。

2.3 農林廢棄物生物質材料的炭化制備研究

以農林廢棄類生物質為原料，在高溫下隔絕空氣加熱制備的生物炭相比于原材料，具有更為發達的孔隙結構、更多的表面活性官能團和更加穩定的化學性質，基于農林廢棄物成分構成，多數可作為制備生物炭原料。隨著重金屬污染的日益加劇，生物炭作為一種低成本、高效率的重金屬吸附劑，在近年來逐漸成為研究者們重點關注的對象。

戴靜[8]等利用木屑、米糠、稻桿、玉米秸桿為原料在不同溫度下制備生物炭，其研究表明隨熱解溫度升高生物炭對Pb2+和Cd2+離子的吸附效果越好，其中700 ℃下制備的稻桿生物炭吸附效果最好，對Pb2+和Cd2+離子的吸附容量分別為126.58、60.61 mg·g-1，同時X射線衍射分析表明，重金屬離子在稻桿生物炭的表面主要以碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽和亞硫酸鹽形式存在。謝超然等[9]使用500 ℃限氧裂解法將農林廢棄物核桃青皮制成生物炭，該生物炭對Pb2+和Cu2+離子的吸附可在20 min內達到平衡，對兩種離子的吸附容量分別為476.19、153.85 mg·g-1，遠高于其他研究中的吸附量。

3 結語

將農林類廢棄物作為生物質材料資源應用于環保和能源等領域，不但具有來源廣泛、價格低廉等優勢，同時大規模應用還可減少農林廢棄物對環境的不良影響，提升經濟效益，起到“以廢治廢”的效果。但農林廢棄物的資源化利用在實際應用中還存在一些需要克服的問題，如：篩選廉價、高效、易得的材料，拓寬可資源化利用材料來源范圍，提升其商業價值和實用性；深入研究農林類生物質材料資源化利用機理，建立完善的理論體系，指導農林廢棄物材料在不同領域的合理應用；研究包括物理、化學、生物等處理工藝的綜合利用，進一步開發農林廢棄物材料的應用范圍。

參考文獻

[1] 吳義強，李新功，左迎峰，等.農林剩余物無機人造板研究進展[J].林業科技開發，2016，1（1）：8-15.

[2] 王棟，朱曉冬，劉冰，等.人造板飾面用稻草秸稈漂白工藝優化[J].林業科技開發，2013，27（2）：84-87.

[3] 吳纓，汪洋，李焱，等.農林廢棄物吸附去除水中重金屬的研究進展[J].安徽大學學報：自然科學版，2016， 40（3）：95-108.endprint

[4] Hasan S H，Ranjan D.Agro-Industrial Waste： A Low-Cost Option for the Biosorptive Remediation of Selenium Anions[J].Industrial & Engineering Chemistry Research，2010，49（19）：8927-8934.

[5] Ayoub A，Venditti R A，Pawlak J J，et al.Novel Hemicellulose–Chitosan Biosorbent for Water Desalination and Heavy Metal Removal[J].Acs Sustainable Chemistry & Engineering，2013，1（9）：1102-1109.

[6] Varala S，Dharanija B，Satyavathi B，et al.New biosorbent based on deoiled karanja seed cake in biosorption studies of Zr（IV）：Optimization using Box-Behnken method in response surface methodology with desirability approach[J].Chemical Engineering Journal，2016（302）：786-800.

[7] Santos C M，Dweck J，Viotto R S，et al.Application of Orange Peel Waste in the Production of Solid Biofuels and Biosorbents[J]. Bioresource Technology，2015（196）：469-479.

[8] 戴靜，劉陽生.四種原料熱解產生的生物炭對Pb2+和Cd2+的吸附特性研究[J].北京大學學報：自然科學版， 2013，49（6）：1075-1082.

[9] 謝超然，王兆煒，朱俊民，等.核桃青皮生物炭對重金屬鉛、銅的吸附特性研究[J].環境科學學報，2016， 36（4）：1190-1198.endprint