降低水中重金屬含量的方法

王 松，王菁華，劉 威，孫益敏

(黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所，哈爾濱 150040)

礦泉水因天然無添加深受人們喜愛。我國天然礦泉水執(zhí)行國家強制標準《飲用天然礦泉水》(GB8537-2018)，其對天然礦泉水在感官、理化、標志等方面作了相應(yīng)規(guī)定。五大連池重碳酸型礦泉水中鍶、偏硅酸、游離二氧化碳和溶解性總固體共4項指標均達到國家標準GB8537中界限指標要求(界限指標只要有一項符合即可)，在我國眾多礦泉水中極具特色。前期工作發(fā)現(xiàn)，五大連池重碳酸礦泉水原水中鎳含量較高，鎳對細胞膜構(gòu)造、紅細胞再生等都有助益，但攝入量過高會在人體內(nèi)聚積，造成急慢性中毒，甚至有潛在的致癌風(fēng)險。降低礦泉水中鎳含量需遵從GB8537中的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實際。本研究介紹了幾種降低水中重金屬含量的方法。

1 吸附法

1.1 活性炭吸附

活性炭內(nèi)部孔隙發(fā)達，價格低廉，性質(zhì)穩(wěn)定[1]，吸附有機物效果好，常應(yīng)用于水處理中，可以通過修飾改性提高活性炭吸附重金屬能力。常見改性方法主要有金屬負載改性、等離子體改性、酸堿改性、還原改性、氧化改性、高溫?zé)崽幚砀男浴⑽⒉ǜ男缘萚2]。賴雙苑研究表明，HNO3-NaOH改性后的活性炭，溫度30℃，改性活性炭按5.0 g/L投入0.4 mg/L Ni2+溶液，吸附1 h，Ni2+的去除率達 98.88 %[3]。施宇震等研究表明，活性炭經(jīng)0.1 mol/L的高錳酸鉀溶液改性，可使銻濃度從100 μg/L降至4.23 μg/L[4]。謝婉婷等研究證實，經(jīng)二氧化鈦溶膠負載的粉末活性炭，在高流速條件下可將廢水中Cr(Ⅵ)含量降至低于0.05 mg /L[5]。

表1 不同改性活性炭方法特點Tab.1 Characteristics of different modified activated carbon methods

1.2 沸石吸附

天然沸石屬硅鋁酸鹽礦物類[6]，其吸附能力取決于吸附物質(zhì)的分子大小和沸石孔徑。一般情況下，天然沸石會優(yōu)先選擇性吸附某些特定分子，對有機物吸附效果極差，對重金屬離子吸附效果也不好，實際應(yīng)用中常常會根據(jù)不同需求，選擇恰當?shù)母男苑椒ㄌ岣呶侥芰Α３Ｒ姷母男苑椒ㄓ宣}改性、酸堿改性、焙燒熱改性、有機物及稀土改性等[7]。

余手寬等人研究二氧化錳改性沸石對廢水中Pb2+吸附性能的影響因素，結(jié)果表明，二氧化錳改性沸石對廢水中Pb2+的吸附效果隨著沸石與二氧化錳投料比的增加而提高，反應(yīng)溶液最佳pH值為5～6[8]。薛美香等在微波輔助下，用氯化鈉改性沸石研究不同條件對水中銅離子含量的影響，結(jié)果表明，溫度30℃時，0.3 g改性沸石投加到10 mg/L的Cu2+溶液中吸附80 min，Cu2+去除率達93.3%[9]。張超等以NaOH改性天然沸石，研究其對水中錳含量的影響，結(jié)果表明，溫度25℃時，將1.0 g改性天然沸石投入初始濃度為1.0 mg/L的溶液中，2 h后錳去除率可達99.3%[10]。程明用溴代十六烷基吡啶(CPB)做改性劑，研究改性沸石對廢水中的鉻吸附影響，結(jié)果表明，25℃時，將2 g改性沸石頭投入25 mL 50mg/L含鉻廢水中吸附30 min，去除率可達90%以上[11]。

2 膜過濾

膜過濾技術(shù)是利用混合物中各物質(zhì)分子大小差異達到選擇性分離目的一種新型技術(shù)，具有能耗低、操作簡單、不發(fā)生相變等特點。膜分離方法主要有反滲透(RO)、超濾(UF)、納濾(NF)、微濾(MF)和電滲析等[12]。

Moideen 等研究證明，混合磺化聚苯砜與聚砜制作的超濾膜對Cd2+的消除率約為75%，對Pb2+的消除率約為 87%[13]。宋衛(wèi)鋒等研究采用納濾膜法過濾電鍍鎳漂洗廢水，結(jié)果表明，穩(wěn)定運行40 h后截留率可達75%左右[14]。李萌等研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，含錳廢水通過納濾膜時，89.72%的Mn2+、90.69%的Mg2+和全部Ca2+都可被納濾膜截留[15]。

3 結(jié)語

活性炭來源廣泛，種類繁多，選取活性炭種類時應(yīng)有所側(cè)重。活性炭本身是否含有鎳，改性過程中是否會將活性炭本身含有的鎳釋放出來，諸多細節(jié)都需嚴格把控。天然沸石在吸附時會發(fā)生陽離子交換現(xiàn)象，因此吸附過程中是否會引進其他離子、導(dǎo)致個別離子含量升高有待考量。膜分離技術(shù)雖優(yōu)點眾多，但分離過程中膜材料本身的滲透性會隨著時間的延長而下降，應(yīng)用時需要考慮這些問題。

國內(nèi)關(guān)于降低重金屬含量的研究很多，但實驗對象大多為單一金屬標準溶液或工業(yè)廢水，對降低礦泉水中重金屬含量的研究較少，尤其是多種金屬離子存在下的競爭吸附及其機理的相關(guān)研究較少。五大連池重碳酸型礦泉水中含有多種金屬元素，存在各種金屬離子競爭性吸附的可能，若想將其完全應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)仍需進一步研究。