給水廠殘泥免燒陶粒對Pb與Cd的吸附特征.pdf

第３２卷 第７期２０１９年７月環 境 科 學 研 究Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ＳｃｉｅｎｃｅｓＶｏｌ.３２?Ｎｏ.７Ｊｕｌｙ?２０１９收稿日期 ２０１８￣０５￣２３ 修訂日期 ２０１８￣０９￣２８作者簡介趙媛媛１９８７￣?女?湖北荊州人?助理研究員?博士?主要從事水環境科學研究?ｚｙｙｈｊｇｃ０６０１＠ １６３.ｃｏｍ.?責任作者?許友澤１９８５￣?男?安徽合肥人?副研究員?碩士?主要從事水污染控制研究?７１７８００１９２＠ ｑｑ.ｃｏｍ基金項目湖南省環?？萍紝ｍ棧危?[２０１７]８３Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ? Ｃｈｉｎａ Ｎｏ.[２０１７]８３給水廠殘泥免燒陶粒對Ｐｂ與Ｃｄ的吸附特征趙媛媛１?劉丹妮１?２?戴友芝２?陳躍輝２?付廣義１?許友澤１?１.湖南省環境保護科學研究院?湖南長沙 ４１０００４２.湘潭大學化工學院?湖南湘潭 ４１１１０５摘要針對高效低廉的吸附材料 ＷＴＲｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｒｅｓｉｄｕａｌｓ?給水廠殘泥因顆粒細小在水處理工藝中難以應用的問題?利用免燒法制備出ＷＴＲ陶粒?研究其對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附特征.批量吸附試驗結果表明?準二級動力學模型和Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附模型能較好地描述ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附動力學Ｒ２０?? ９９５ ８與等溫吸附過程Ｒ２０?? ９９４ ８.在溶液ｐＨ為５、恒溫２５ ℃、振蕩２４ ｈ下?Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附模型計算得到的ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的最大吸附容量分別為１３?? ９７和１８?? ６０ ｍｇ∕ｇ.單因素條件試驗結果表明?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附量均隨溶液初始ｐＨ的升高而增加?當ｐＨ由３升至９時?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附量分別增加了１?? ４４和０?? ９５倍?離子強度的增加不利于ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附.批量等溫解吸試驗結果表明?在ｐＨ為４８的溶液中?Ｐｂ和Ｃｄ較難從ＷＴＲ免燒陶粒中解吸出來?解吸率均在３?? ５％以內?當溶液ｐＨ為３時?Ｐｂ和Ｃｄ的解吸率分別高達６５?? ８８％和４５?? ０１％. ＢＣＲ分級提取結果表明?Ｐｂ和Ｃｄ均主要以酸提取態形式占比在６８?? １８％以上存在于ＷＴＲ免燒陶粒中?同時?隨著初始吸附量的增加?酸提取態比例顯著減少?而還原態和殘渣態比例顯著增加.研究顯示?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ具有較強的吸附能力?可作為一種高效的重金屬吸附材料應用于水處理工藝中.關鍵詞給水廠殘泥?免燒陶粒? Ｐｂ? Ｃｄ?吸附特征中圖分類號 Ｘ７０３ 文章編號 １００１￣６９２９２０１９０７￣１２５０￣０９文獻標志碼 Ａ ＤＯＩ １０?? １３１９８∕ｊ?? ｉｓｓｎ?? １００１￣６９２９?? ２０１８?? １０?? ０８Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｌｅａｄ ａｎｄ Ｃａｄｍｉｕｍ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｙ Ｄｒｉｎｋｉｎｇ Ｗａｔｅｒ ＴｒｅａｔｍｅｎｔＲｅｓｉｄｕａｌｓＺＨＡＯ Ｙｕａｎｙｕａｎ１? ＬＩＵ Ｄａｎｎｉ１?２? ＤＡＩ Ｙｏｕｚｈｉ２? ＣＨＥＮ Ｙｕｅｈｕｉ２? ＦＵ Ｇｕａｎｇｙｉ１? ＸＵ Ｙｏｕｚｅ１?１.Ｈｕｎａｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ? Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０００４? Ｃｈｉｎａ２.Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ? Ｘｉａｎｇｔａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ? Ｘｉａｎｇｔａｎ ４１１１０５? ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ Ｒｅｕｓｉｎｇ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｒｅｓｉｄｕａｌｓ ＷＴＲ ａｓ ａｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｄｓｏｒｂｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ ｍａｎｙｐｒｏｂｌｅｍｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｆｉｎｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｆ ＷＴＲ. Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ＷＴＲ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ? ＷＴＲ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｎｏｎ￣ｂｕｒｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ? ａｎｄ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｂｙ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｂａｔｃｈａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ａｎｄ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ Ｐｂ∕Ｃｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｏ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｗｅｒｅ ｗｅｌｌｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｓｅｕｄｏ￣ｓｅｃｏｎｄ￣ｏｒｄｅｒ ｍｏｄｅｌ Ｒ２ ０?? ９９５８ ａｎｄ ｔｈｅ Ｌａｎｇｍｕｉｒ ｍｏｄｅｌ Ｒ２ ０?? ９９４８? ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ. Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ ｕｎｄｅｒ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐＨ＝ ５? ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ２５ ℃? ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ２４ ｈ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅＬａｎｇｍｕｉｒ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ １３?? ９７ ｍｇ∕ｇ ｆｏｒ Ｐｂ ａｎｄ １８?? ６０ ｍｇ∕ｇ ｆｏｒ Ｃｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ￣ｆａｃｔｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｏｎ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｉｎｉｔｉａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐＨ. Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ? ａｓ ｔｈｅ ｐＨ ｒａｉｓｅｄ ｆｒｏｍ３ ｔｏ ９? ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １?? ４４ ａｎｄ ０?? ９５ ｔｉｍｅｓ? ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ. Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｏｎｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓｎｏｔ ｆａｖｏｕｒａｂｌｅ ｆｏｒ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｂｙ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ. Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｂｙ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ３?? ５％ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐＨ ｒａｎｇｅ ｏｆ ４￣８? ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅｏｆ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｒｅａｃｈｅｄ ｕｐ ｔｏ ６５?? ８８％ ａｎｄ ４５?? ０１％? ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ? ａｔ ｔｈｅ ａｃｉｄｉｃ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐＨ ｏｆ ３. ＢＣＲ ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ａｃｉｄ￣ｓｏｌｕｂｌｅ ｆｏｒｍ ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｆｏｒ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ６８?? １８％ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ. Ｍｏｒｅｏｖｅｒ?ａｓ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ? ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｉｄ￣ｓｏｌｕｂｌｅ ｆｏｒｍ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ? ａｎｄ ｉｎｓｔｅａｄ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｆｏｒｍｉｎｃｒｅａｓｅｄ. Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｒｅｓｕｌｔｓ? ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｈａｓ ｓｔｒｏｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｆｏｒ ｂｏｔｈ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ?第７期趙媛媛等給水廠殘泥免燒陶粒對Ｐｂ與Ｃｄ的吸附特征 ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ａ ｈｉｇｈｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｒｅｓｉｄｕａｌｓ? ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ? ｌｅａｄ? ｃａｄｍｉｕｍ? ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＷＴＲｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｒｅｓｉｄｕａｌｓ?給水廠殘泥是飲用水處理過程的副產物?主要由鐵鋁鹽絮凝劑及原水中攜帶的膠體組成. ＷＴＲ中Ａｌ含量一般較高?許多研究已證實ＷＴＲ中的Ａｌ存在釋放風險?特別是當環境溶液ｐＨ低于４時?Ａｌ會大量溶出[１]?對周圍生物產生強毒害作用.隨著我國人口的不斷增加及城市化進程的不斷推進?ＷＴＲ產生量呈指數型增長的態勢[２]?２０１３年統計數據表明?我國每年ＷＴＲ的產生量為１５０１０４ ２４０１０４ ｔ以干泥量計[３].目前國內外針對ＷＴＲ的處置方法主要為填埋?隨著土地資源日益緊缺?如何以既經濟又環保的方式處理ＷＴＲ?成為當前亟需解決的環境問題之一. ＷＴＲ中無定形態鐵鋁含量高、比表面積大[４]?大量研究已證實其對Ｐｂ[５]、Ｃｄ[６]、Ｃｒ[７]、Ａｓ[８]等重金屬以及氨氮[９]、磷[１０]等都具有強吸附能力?可作為高效廉價的吸附材料應用于廢水處理工藝中.但由于ＷＴＲ為類似黏土的粉末狀顆粒物?其在實際應用中存在沉降性能差、易堵塞等問題[１１].目前?針對ＷＴＲ在廢水處理中的應用問題?現有研究主要集中于利用高溫焙燒法將ＷＴＲ制備燒結為陶粒[１２￣１３]?但是高溫焙燒法除能耗高以外?其燒結陶粒所需的１ ０００ ℃高溫也會造成原料內部孔道坍塌?活性成分含量顯著降低?導致其吸附性能降低?需進一步活化、強化其吸附能力?但活化后的陶粒對重金屬和磷的吸附能力仍然相對較低[１４￣１５].已有研究表明?通過免燒法可制備具有一定吸附能力的陶粒?如粉煤灰免燒陶粒[１６￣１７]、污泥生物炭陶粒[１８]、疏浚底泥免燒陶粒[１９]等. ＷＴＲ中Ｓｉ、Ｆｅ和Ａｌ等氧化物成分含量基本滿足免燒陶粒原料要求?具備制備免燒陶粒的可行性?但是至今仍鮮見利用ＷＴＲ制備免燒陶粒的相關研究報道.因此?該研究以ＷＴＲ為主要原料制備ＷＴＲ免燒陶粒?選取冶煉廢水中常見污染物Ｐｂ、Ｃｄ為目標污染物?探究ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ、Ｃｄ的吸附特征?以期為ＷＴＲ作為吸附材料應用于重金屬廢水處理工藝提供理論基礎和科學依據?達到“以廢治廢”的目的.１ 材料與方法１?? １ ＷＴＲ免燒陶粒制備將質量比為８０％左右的ＷＴＲ過０?? １５ ｍｍ篩、１０％左右的水泥、１０％的激發劑生石灰和粘結劑２％以內的水玻璃按照一定比例混合?攪拌均勻?制成漿狀陶粒生料?利用造球機制成直徑約為５ ｍｍ的陶粒胚料?室溫陳化２ ｈ?再經過高溫蒸汽蒸養成型.１?? ２ 吸附動力學試驗分別稱?。?? ５ ｇ ＷＴＲ免燒陶粒?置于一系列４０ｍＬ聚四氟乙烯樣品瓶中?然后加入３０ ｍＬ實驗室配制的ＰｂＮＯ３２和ＣｄＮＯ３２水溶液?溶液中ρＰｂ、ρＣｄ均為１ ０００ ｍｇ∕Ｌ?溶液初始ｐＨ均調至５?為保證一定的離子強度?在溶液中加入了０?? ０１ ｍｏｌ∕Ｌ的ＫＣｌ?在２５ ℃、１５０ ｒ∕ｍｉｎ下?分別恒溫振蕩０、５、３０ｍｉｎ與２、４、６、１２、２４ ｈ.采用原子吸收光譜儀Ａｇｉｌｅｎｔ１２００ ｓｅｒｉｅｓ? Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ? Ｇｅｒｍａｎｙ測定溶液中ρＰｂ、ρＣｄ?設置３組平行試驗?并做空白組對照.分別采用準一級和準二級動力學模型[２０]、顆粒內擴散模型[２１]擬合ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附動力學數據.準一級動力學模型ｌｎｑｔ － ｑｅ ＝ ｌｎ ｑｅ － ｋ１ｔ １式中ｑｅ為吸附平衡時ＷＴＲ免燒陶粒吸附量?ｍｇ∕ｇ?ｑｔ為ＷＴＲ免燒陶粒在時間ｔ時的吸附量?ｍｇ∕ｇ?ｋ１為準一級動力學吸附速率常數?ｍｉｎ－１.準二級反應動力學模型ｔｑｔ ＝１ｋ２ｑｅ２ ＋ｔｑｅ ２式中?ｋ２為準二級動力學吸附速率常數?ｇ∕ｇ?? ｍｉｎ－１.顆粒內擴散模型ｑｔ ＝ ｋｓｔ１∕２ ＋ Ｃ ３式中ｋｓ為粉末內擴散模型的吸附速率常數?ｇ∕ｇ?? ｍｉｎ１∕２?Ｃ為常數.１?? ３ 等溫吸附試驗分別稱?。?? ５ ｇ ＷＴＲ免燒陶粒?置于一系列４０ｍＬ聚四氟乙烯樣品瓶中?然后加入３０ ｍＬ不同初始濃度的ＰｂＮＯ３２和ＣｄＮＯ３２水溶液?溶液初始ｐＨ均調至５?其中ｃＫＣｌ為０?? ０１ ｍｏｌ∕Ｌ.根據ＯＥＣＤ批量等溫吸附試驗要求?結合該研究中原子吸收光譜儀對ρＰｂ和ρＣｄ的測定精度要求?確定等溫吸附試驗水溶液中Ｐｂ和Ｃｄ初始質量濃度范圍為５０ １ ０００ ｍｇ∕Ｌ?該范圍內Ｐｂ和Ｃｄ的吸附率均在２０％８５％以內.樣品經混勻后在２５ ℃、１５０ ｒ∕ｍｉｎ下恒溫１５２１環 境 科 學 研 究第３２卷振蕩２４ ｈ.采用原子吸收光譜儀測定溶液中ρＰｂ、ρＣｄ?設置３組平行試驗?并做空白組對照.分別采用Ｌａｎｇｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等溫吸附模型[２２￣２３]對吸附等溫數據進行擬合.Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附模型Ｃｅｑｅ ＝１ｑｍａｘＫＬ ＋Ｃｅｑｍａｘ ４Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等溫吸附模型ｌｎ ｑｅ ＝ ｌｎ ＫＦ ＋ １ｎ ｌｎ Ｃｅ ５式中Ｃｅ為吸附平衡濃度?ｍｇ∕Ｌ?ｑｍａｘ為飽和時的吸附容量?ｍｇ∕ｇ?ＫＬ為Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附模型吸附平衡常數?Ｌ∕ｍｇ?ＫＦ、ｎ為Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等溫吸附模型常數.１?? ４ 影響因素試驗１?? ４?? １ 溶液初始ｐＨ對Ｐｂ、Ｃｄ吸附的影響分別稱?。?? ５ ｇ ＷＴＲ免燒陶粒?置于一系列初始質量濃度為１００ ｍｇ∕Ｌ的Ｐｂ、Ｃｄ溶液３０ ｍＬ?ｐＨ＝５?離子強度為０?? ０１ ｍｏｌ∕Ｌ的ＫＣｌ中?在２５ ℃、１５０ｒ∕ｍｉｎ下振蕩８ ｈ?分別考察不同初始溶液ｐＨ３、４、５、６、７、８、９下ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ、Ｃｄ的吸附曲線.采用原子吸收光譜儀測定溶液中ρＰｂ、ρＣｄ?設置３組平行試驗?并做空白組對照.１?? ４?? ２ 離子強度對Ｐｂ、Ｃｄ吸附的影響分別稱?。?? ５ ｇ ＷＴＲ免燒陶粒?置于一系列初始質量濃度１００ ｍｇ∕Ｌ的Ｐｂ、Ｃｄ溶液?為考察不同離子強度對陶粒吸附Ｐｂ、Ｃｄ的影響?溶液中ｃＫＣｌ分別設置為０、０?? ００５、０?? ０１０、０?? ０２０、０?? ０４０、０?? ０８０、０?? １６０ｍｏｌ∕Ｌ?初始溶液的ｐＨ為５?? ０?在２５ ℃、１５０ ｒ∕ｍｉｎ下振蕩８ ｈ.采用原子吸收光譜儀測定溶液中ρＰｂ、ρＣｄ?設置３組平行試驗?并做空白組對照.１?? ５ 解吸試驗分別稱?。?? ５ ｇ ＷＴＲ免燒陶粒?置于一系列４０ｍＬ聚四氟乙烯樣品瓶中?然后分別加入３０ ｍＬ實驗室配置的ＰｂＮ０３２和ＣｄＮＯ３２水溶液?溶液中ρＰｂ、ρＣｄ分別為１００和５００ ｍｇ∕Ｌ?其余試驗條件及步驟與１?? ２?? ３節相同.將吸附平衡后的陶粒過濾取出?分別得到兩種不同Ｐｂ、Ｃｄ吸附量的陶粒.將濾出的陶粒置于４０ ｍＬ聚四氟乙烯樣品瓶中?針對兩種Ｐｂ、Ｃｄ吸附量的陶粒?分別加入ｐＨ為３、４、５、６、７、８的去離子水３０ ｍＬ?２５ ℃下連續振蕩８ ｈ?離心１０ｍｉｎ?采用原子吸收光譜儀測定上層清液中ρＰｂ、ρＣｄ?設置３組平行試驗?并做空白組對照?通過計算得到解吸量.１?? ６ ＢＣＲ分級提取試驗將１?? ２?? ３節中制備的陶粒取出?冷凍干燥后研磨混勻過０?? １５ ｍｍ篩?采用改進的ＢＣＲ法[２４]對分別吸附Ｐｂ、Ｃｄ后的ＷＴＲ免燒陶粒進行分級提取.２ 結果與分析２?? １ ＷＴＲ免燒陶粒理化特征分析由表１可見?ＷＴＲ及ＷＴＲ免燒陶粒的主要成分均為Ｓｉ、Ａｌ?其次是Ｆｅ、Ｃａ和Ｍｇ?這主要是由于水廠采用的混凝劑主要是Ａｌ２ＳＯ４３.從ＷＴＲ免燒陶粒的掃描電鏡ＳＥＭ結果見圖１可以看出?ＷＴＲ免燒陶粒表面疏松多孔?有利于吸附反應的發生. Ｘ射線能譜分析ＥＤＳ檢測結果表明?陶粒表面顆粒較大物質的主要成分為Ｓｉ４０?? ４４％和Ｏ３８?? １８％?顆粒較小物質的主要成分為Ｓｉ１９?? １６％、Ａｌ１０?? ９４％、Ｆｅ１０?? ０４％、Ｃａ８?? ０９％以及Ｏ２３?? ０１％.表１ Ｗ ＴＲ及其免燒陶?；纠砘再|Ｔａｂｌｅ １ Ｍａｉｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ樣品ｐＨｗ∕％有機質Ｓｉ Ａｌ Ｆｅ Ｃａ Ｍｇ Ｎａ Ｋ Ｓ ＯＷＴＲ ７?? ０２ １２?? ４１ ２７?? ３３ １３?? ２１ ５?? ７２ ０?? ６５ ０?? ８５ ０?? １９２ １?? ９７７ ０?? ０８８ ４１?? ７５ＷＴＲ免燒陶粒１０?? ９６ １０?? ６８ ２９?? ６４ １０?? ９６ ５?? １２ ２?? ０１ ０?? ７５ １?? ３２２ ２?? ２８８ １?? ２６９ ３６?? ９５ＷＴＲ及ＷＴＲ免燒陶粒的Ｘ射線衍射ＸＲＤ分析結果如圖２所示.由圖２可見?ＷＴＲ及其免燒陶粒中的晶體主要為石英?無鐵鋁晶體存在?表明主要成分中的鐵鋁主要為無定型態?與ＷＴＲ相比?利用ＷＴＲ制成的陶粒中新生成了少量的鈣鎂晶體和鈣鐵晶體?這些礦物相性質穩定?有利于增強ＷＴＲ陶粒的強度.２?? ２ 吸附動力學分析ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ、Ｃｄ的吸附動力學曲線見圖３.由圖３可見?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附過程呈現出快吸附慢吸附慢平衡３個階段.在相同的Ｐｂ、Ｃｄ初始質量濃度１ ０００ ｍｇ∕Ｌ和水溶液環境條件下?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附量均在３０ ｍｉｎ內超過平衡吸附量的５５％?且分別在６和４ ｈ后趨于平衡.準一級和準二級動力學模型模擬結果見表２.由２５２１第７期趙媛媛等給水廠殘泥免燒陶粒對Ｐｂ與Ｃｄ的吸附特征 圖１ Ｗ ＴＲ免燒陶粒的ＳＥＭ圖Ｆｉｇ.１ Ｔｈｅ ＳＥＭ ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ ｏｆ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ圖２ Ｗ ＴＲ及其免燒陶粒的ＸＲＤ圖譜Ｆｉｇ.２ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ＷＴＲ ａｎｄ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ表２可見?這兩種動力學模型均能較好地描述ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的動力學吸附過程?且準二級動力學模型擬合結果更優?其擬合得到的Ｒ２均高于０?? ９９?理論平衡吸附量ｑｅ與試驗中吸附量Ｑｅ的誤差最小.基于以上兩種模型構建的基礎理論?對比圖３ Ｗ ＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ、Ｃｄ的吸附動力學曲線Ｆｉｇ.３ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃ ｏｆ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｏｎ ＷＴＲｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｉｎ ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ其擬合結果可知?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ、Ｃｄ的吸附動力學過程并不是簡單的液膜擴散?還可能涉及顆粒內部擴散和表面吸附等過程.為進一步解析ＷＴＲ陶粒對Ｐｂ、Ｃｄ的吸附動力表２ Ｗ ＴＲ免燒陶粒的動力學模型擬合參數Ｔａｂｌｅ ２ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｂｙ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ重金屬初始質量濃度Ｃ０∕ｍｇ∕Ｌ準一級動力學模型準二級動力學模型ｑｅ∕ｍｇ∕ｇ ｋ１∕ｈ－１ Ｒ２ ｑｅ∕ｍｇ∕ｇ ｋ２∕[ｋｇ∕ｍｇ?? ｈ] Ｒ２Ｐｂ １ ０００ １１?? ７７ ２?? ２３ ０?? ９７１ ４ １３?? ４８ １３?? ４８ ０?? ９９７ ８Ｃｄ １ ０００ １６?? ７０ １?? ７８ ０?? ９７５ ５ １７?? ８８ １７?? ８８ ０?? ９９５ ８學機制?采用顆粒內擴散模型對動力學數據進行擬合分析.擬合結果見表３顯示?顆粒內擴散模型將Ｐｂ和Ｃｄ的吸附動力學過程分為２個階段第１階段０６ ｈ?ｋｓ值較大?為溶液中Ｐｂ或Ｃｄ離子擴散到陶粒表面的過程?第２階段６２４ ｈ?ｋｓ值遠小于第１階段?表明該階段為主要控速步驟.顆粒內擴散模型常數Ｃ值大小與邊界層效應成正比?當Ｃ值為０時?顆粒內擴散為吸附動力過程的唯一控制因素[２５￣２６].該研究中Ｃ值均大于０?表明ＷＴＲ陶粒對Ｐｂ、Ｃｄ的吸附過程由液膜擴散、顆粒內擴散和活性點位吸附等共同主導.比較２個階段的Ｃ值可知?膜擴散對第２階段吸附速率的影響更大.２?? ３ 吸附等溫分析ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附等溫線如圖４所示?Ｌａｎｇｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等溫吸附模型擬合結果見表４.由表４可知?兩個等溫吸附模型均可較好地３５２１環 境 科 學 研 究第３２卷表３ Ｗ ＴＲ免燒陶粒的顆粒內模型擬合結果Ｔａｂｌｅ ３ Ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｉｎｔｒａ￣ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ重金屬第１階段第２階段ｋｓ∕[ｇ∕ｇ?? ｍｉｎ１∕２] Ｃ Ｒ２ ｋｓ∕[ｇ∕ｇ?? ｍｉｎ１∕２] Ｃ Ｒ２Ｐｂ ０?? ４６５ ０ ５?? ２９３ ０?? ９２９ ０ ０?? ００３ ２６ １３?? ６４ ０?? ８３７ ７Ｃｄ ０?? ６９３ ２ ６?? ７０７ ０?? ９４３ ３ ０?? ００８ ３６ １８?? ０９ ０?? ５６６ ０圖４ Ｗ ＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附等溫線Ｆｉｇ.４ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍ ｏｆ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｏｎ ＷＴＲｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｉｎ ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ反映ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的等溫吸附過程?對比分析擬合系數發現?Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附模型擬合結果更優?表明ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ可能為單分子層吸附. Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等溫吸附模型中的ｎ可反映吸附反應發生的難易程度?當ｎ２時?吸附反應較易發生[２７].由表４可見?該研究中Ｐｂ和Ｃｄ對應的ｎ分別為２?? ４２和２?? ８９?由此可知ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ、Ｃｄ的吸附過程容易發生. Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附模型擬合得到的ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的最大吸附量分別為１３?? ９７和１８?? ６０ ｍｇ∕ｇ. Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等溫吸附模型中ＫＦ值可反映吸附容量?ＫＦ值越高?吸附劑對目標污染物的吸附容量也越高.與鋼渣陶粒[２８]、納米氧化鋁改性赤泥陶粒[２９]、粉煤灰免燒陶粒[３０]等相比?ＷＴＲ免燒陶粒吸附過程對Ｐｂ和Ｃｄ的ＫＦ更高?表明ＷＴＲ免燒陶粒具有較高的Ｐｂ、Ｃｄ吸附容量.吸附后溶液ｐＨ隨Ｐｂ、Ｃｄ平衡吸附量的變化情況如圖５所示?可見?Ｐｂ、Ｃｄ吸附量越高?溶液ｐＨ越低?表明Ｐｂ、Ｃｄ的吸附過程伴隨著Ｈ＋的釋放.２?? ４ 影響因素分析表４ Ｌａｎｇｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等溫吸附模型擬合參數Ｔａｂｌｅ ４ Ｉｓｏｔｈｅｒｍ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｂｙ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ重金屬Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附模型Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等溫吸附模型ｑｍａｘ∕ｍｇ∕ｇ ＫＬ∕Ｌ∕ｍｇ Ｒ２ ｎ ＫＦ Ｒ２Ｐｂ １３?? ９７ ０?? ３６ ０?? ９９４ ８ ２?? ４２ ３?? ４７ ０?? ９７９ ８Ｃｄ １８?? ６０ ０?? ２７ ０?? ９９７ ３ ２?? ８９ ６?? ６３ ０?? ９７６ ７圖５ 溶液ｐＨ隨Ｐｂ和Ｃｄ平衡吸附量的變化Ｆｉｇ.５ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐＨ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ２?? ４?? １ 溶液初始ｐＨ對Ｐｂ、Ｃｄ吸附的影響分析溶液初始ｐＨ對ＷＴＲ免燒陶粒吸附Ｐｂ和Ｃｄ的影響如圖６所示.由圖６可見?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附量隨著溶液初始ｐＨ的升高而顯著增加?當ｐＨ由３升至９時?Ｐｂ吸附量從２?? ５２ ｍｇ∕ｇ增至６?? １５ ｍｇ∕ｇ?增加了１?? ４４倍?Ｃｄ吸附量從３?? ０３ｍｇ∕ｇ升至５?? ９１ ｍｇ∕ｇ?增加了０?? ９５倍.可見?較高的溶液ｐＨ有利于促進ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附.２?? ４?? ２ 離子強度對Ｐｂ、Ｃｄ吸附的影響分析不同離子強度對ＷＴＲ免燒陶粒吸附Ｐｂ和Ｃｄ的影響見圖７.由圖７可見?離子強度對ＷＴＲ免燒陶粒吸附Ｐｂ和Ｃｄ的影響一致?Ｐｂ和Ｃｄ的吸附量均隨溶液離子強度的增加而降低.當ｃＫＣｌ由０增至０?? １６ ｍｏｌ∕Ｌ時?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ的吸附量由３?? ４５ｍｇ∕ｇ降至２?? ４６ ｍｇ∕ｇ?減少了２８?? ６９％?對Ｃｄ的吸附４５２１第７期趙媛媛等給水廠殘泥免燒陶粒對Ｐｂ與Ｃｄ的吸附特征 圖６ 溶液初始ｐＨ對Ｗ ＴＲ免燒陶粒吸附Ｐｂ、Ｃｄ的影響Ｆｉｇ.６ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐＨ ｏｎ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｏｎ ＷＴＲｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｉｎ ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ量則由４?? ３９ ｍｇ∕ｇ降至２?? ４９ ｍｇ∕ｇ?減少了４３?? ２８％.可見?溶液離子強度的增加不利于ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ、Ｃｄ的吸附.２?? ５ 吸附穩定性分析２?? ５?? １ 解吸附試驗分析不同初始吸附量條件下溶液ｐＨ對ＷＴＲ免燒陶粒中Ｐｂ和Ｃｄ解吸的影響如圖８所示.由圖８可見?溶液ｐＨ為４８時?ＷＴＲ免燒陶粒中Ｐｂ和Ｃｄ的解吸量均較低?兩種初始吸附量條件下?Ｐｂ和Ｃｄ的解吸率均在３?? ５％以內.當溶液ｐＨ為３時?Ｐｂ和Ｃｄ的解吸量顯著增加?較低初始吸附量Ｐｂ、Ｃｄ初始吸附圖７ 溶液體系離子強度對Ｗ ＴＲ免燒陶粒吸附Ｐｂ、Ｃｄ的影響Ｆｉｇ.７ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ ｉｏｎｓ ｏｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｂ ａｎｄＣｄ ｏｎ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｉｎ ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ量分別為３?? ８０、４?? ７８ ｍｇ∕ｇ下?Ｐｂ和Ｃｄ的解吸率分別達到３２?? ２７％和２０?? ３６％?較高吸附量Ｐｂ、Ｃｄ初始吸附量分別為１３?? ３０、１５?? ５３ ｍｇ∕ｇ下?Ｐｂ和Ｃｄ的解吸率分別達到６５?? ８８％和４５?? ０１％.總體而言?溶液ｐＨ為４８時?ＷＴＲ免燒陶粒中Ｐｂ和Ｃｄ不易解吸?且初始吸附量對解吸的影響較小?溶液呈強酸性ｐＨ＝３時?ＷＴＲ免燒陶粒中大部分Ｐｂ和Ｃｄ被解吸到溶液中?且其解吸量和解吸率均隨初始吸附量的增加而升高.２?? ５?? ２ 吸附賦存形態分析Ｐｂ初始吸附量∕ｍｇ∕ｇ １ ３?? ８０? ２ １３?? ３０.圖８ 解吸溶液ｐＨ對Ｗ ＴＲ免燒陶粒中Ｐｂ、Ｃｄ解吸的影響Ｆｉｇ.８ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐＨ ｏｎ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅＷＴＲ免燒陶粒中Ｐｂ和Ｃｄ的ＢＣＲ分級提取結果如圖９所示.由圖９可見?ＢＣＲ法提取出的金屬元素形態分為４種酸提取態離子交換態與碳酸鹽結合態、還原態Ｆｅ∕Ｍｎ氧化物結合態、氧化態有機物結合態以及殘渣態[３１]?其中?酸提取態最不穩定?較易釋放?其他各形態穩定性依次增強[３２].由圖９可見?不同吸附量下ＷＴＲ免燒陶粒中Ｐｂ和Ｃｄ均以酸提取態為主占比超過６８?? １８％?其次是殘渣態?同時?隨著吸附量的增加?ＷＴＲ免燒陶粒中酸提取態Ｐｂ和Ｃｄ的占比顯著降低?還原態和殘渣態占比顯著升高?氧化態占比變化相對較小.當Ｐｂ吸附量由０?? ５１ ｍｇ∕ｇ增至１３?? ５７ ｍｇ∕ｇ時?酸提取態Ｐｂ占比由９０?? ６７％降至６８?? １７％?還原態和殘渣態Ｐｂ占比則分別由２?? ６６％增至１１?? ４８％、由１?? ０３％增至１８?? ７２％?氧化態Ｐｂ占比由２?? ３０％降至１?? ６２％?當Ｃｄ吸附量由０?? ５４ ｍｇ∕ｇ增至１７?? ４１ ｍｇ∕ｇ時?酸提取態Ｃｄ占比由７３?? １５％降至５９?? ８４％?還原態和殘渣態Ｃｄ占比則分別由２?? ５７％增至１０?? ９８％、由１５?? １１％增至２８?? ５８％?５５２１環 境 科 學 研 究第３２卷圖９ 不同吸附量下Ｗ ＴＲ免燒陶粒中Ｐｂ和Ｃｄ的賦存形態Ｆｉｇ.９ Ｔｈｅ ｆｏｒｍｓ ｏｆ Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｉｎ ＷＴＲ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ氧化態Ｃｄ占比由２?? ５４％降至０?? ９９％.總體而言?Ｐｂ和Ｃｄ主要以不穩定的酸提取態形式存在于ＷＴＲ免燒陶粒中.３ 討論ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ、Ｃｄ的動力學吸附過程并不是由液膜擴散或顆粒內擴散唯一因素控制?而可能是由液膜擴散、顆粒內擴散和表面點位吸附聯合主導?等溫吸附數據模擬結果表明?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附可能以單分子層吸附為主?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ、Ｃｄ的這些吸附特征與炭基吸附材料[３３￣３４]、粉煤灰[３５]及黏土礦物[３６￣３７]等相似.主成分分析結果顯示?ＷＴＲ免燒陶粒含有大量的Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ等組成的金屬氧化物或水合氧化物?有研究[３８]表明?吸附劑顆粒表面上的金屬氧化物可通過羥基與金屬離子發生表面絡合反應.筆者開展的等溫吸附試驗中?吸附后溶液ｐＨ呈現隨Ｐｂ、Ｃｄ吸附量的增加而降低的趨勢?即Ｐｂ、Ｃｄ吸附過程伴隨著Ｈ＋的釋放.綜上?進一步結合等溫吸附數據模擬、解吸特征與吸附形態等分析結果?可推斷ＷＴＲ免燒陶粒表面上的Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ見２?? １節ＥＤＳ分析結果等的氧化物可能通過羥基與金屬離子發生表面絡合反應?其反應方程可能如下Ｓｉ? Ａｌ? Ｆｅ? Ｃａ￣ＯＨ ＋ Ｐｂ２＋ ??????[Ｓｉ? Ａｌ? Ｆｅ? Ｃａ￣Ｏ]２Ｐｂ ＋ ２Ｈ２＋ ６Ｓｉ? Ａｌ? Ｆｅ? Ｃａ￣ＯＨ ＋ Ｃｄ２＋ ??????[Ｓｉ? Ａｌ? Ｆｅ? Ｃａ￣Ｏ]２Ｃｄ ＋ ２Ｈ２＋ ７隨著溶液初始ｐＨ的升高?Ｈ＋濃度的逐漸降低有利于反應向吸附方向進行?同時?在堿性條件下?部分Ｐｂ和Ｃｄ形成微溶的羥基化合物?以膠體的形式存在于溶液中?易在陶粒表面發生沉淀作用[３８]?因此?隨著溶液初始ｐＨ的升高?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附量均呈逐漸增加的趨勢.隨著ｃＫＣｌ的增加?溶液離子強度不斷增強?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ、Ｃｄ的吸附量逐漸減小?這可能是因為由于溶液中的Ｋ＋與Ｐｂ、Ｃｄ之間存在離子交換競爭[３９].在溶液ｐＨ≤ ３的強酸性條件下?ＷＴＲ免燒陶粒所吸附的Ｐｂ和Ｃｄ大量溶出?其解吸率高達６５％?這是由于強酸性條件下?平衡反應〔見式６７〕向解吸反應方向進行?吸附形態分析結果表明?ＷＴＲ免燒陶粒中Ｐｂ和Ｃｄ主要形態為酸提取態即離子交換態及碳酸鹽結合態?其占比超過６８?? １７％?這與解吸試驗結果相一致.隨著Ｐｂ、Ｃｄ吸附量的增加?ＷＴＲ免燒陶粒中Ｐｂ、Ｃｄ的酸提取態呈現向殘渣態和還原態轉化的趨勢.這可能是因為 ①低吸附量條件下?Ｐｂ、Ｃｄ可能優先通過靜電吸附作用或水合氧化物羥基絡合作用?以酸提取態存在于陶粒中? ②隨著Ｐｂ、Ｃｄ吸附量的增加?陶粒表面吸附點位減少?溶液中Ｐｂ、Ｃｄ逐漸擴散至陶粒顆粒內部?與顆粒內部大量的鐵鋁氧化物及ＷＴＲ￣水泥水化產物Ｃ Ｓ Ｈ結合?分別生成較穩定的還原態及更穩定的殘渣態? ③許多研究[３８?４０￣４３]已證實?Ｐｂ和Ｃｄ可通過取代Ｃ Ｓ Ｈ晶格中的Ｃａ和Ａｌ等金屬陽離子?生成難溶的結晶水合物? ④ Ｐｂ和Ｃｄ也可通過物理固封、沉淀反應和吸附等形式被固化在Ｃ Ｓ Ｈ結構中.４ 結論ａ ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附過程均呈現快吸附慢吸附慢平衡的特點?３０ ｍｉｎ內其吸附量即可超過平衡吸附量的５５％.準二級動力學模型Ｒ２ ０?? ９９５ ８和Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附模型 Ｒ２ ０?? ９９４ ８可分別較好地描述ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附動力學和吸附等溫過程.在初始溶液ｐＨ為５時?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的最大吸附量可分別達１３?? ４８和１７?? ８８ ｍｇ∕ｇ.ｂ ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附量均隨ｐＨ６５２１第７期趙媛媛等給水廠殘泥免燒陶粒對Ｐｂ與Ｃｄ的吸附特征 ３９的升高而增加?較高的溶液ｐＨ有利于Ｐｂ和Ｃｄ的吸附?ＷＴＲ免燒陶粒對Ｐｂ和Ｃｄ的吸附量均隨離子強度的增加而減少.ｃ ｐＨ為４９時?Ｐｂ和Ｃｄ均較難從ＷＴＲ免燒陶粒中解吸出來?解吸率均低于３?? ５％?在溶液ｐＨ≤ ３的強酸性條件下?ＷＴＲ免燒陶粒所吸附的Ｐｂ和Ｃｄ大量溶出?其解吸率分別高達６５?? ８８％和４５?? ０１％.吸附形態分析結果進一步表明?Ｐｂ和Ｃｄ主要以不穩定的酸提取態存在于ＷＴＲ免燒陶粒中?且隨著吸附量的增加?部分酸提取態轉化為較穩定的還原態和更穩定的殘渣態.參考文獻Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ[ １ ] ＷＡＮＧ Ｃｈａｎｇｈｕｉ?ＹＵＡＮ Ｎａｎａｎ?ＰＥＩ Ｙｕａｎｓｈｅｎｇ.Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐＨ ｏｎｍｅｔａｌ ｌａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｒｅｓｉｄｕａｌｓ[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｑｕａｌｉｔｙ?２０１４?４３１３８９￣３９７.[ ２ ] 陳洋.給水廠污泥陶粒的制備及其在廢水除磷中應用的研究[Ｄ].濟南山東大學?２０１７.[ ３ ] ＬＩ Ｚｉｆｕ?ＪＩＡＮＧ Ｎａｎ?ＷＵ Ｆｅｎｇｆｕ?ｅｔ ａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｗｏｒｋｓ ｓｌｕｄｇｅｓ ｆｒｏｍ ｆｉｖｅｃｉｔｉｅｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ[Ｊ].Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?２０１３?５３１６５￣１７２.[ ４ ] ＢＡＢＡＴＵＮＤＥ Ａ Ｏ? 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