冯萃敏， 李 靖， 方怡蕾， 张金爽

(1.北京建筑大学城市雨水系统与水环境教育部重点实验室， 北京 100044； 2.北京建筑大学水环境国家级实验教学示范中心， 北京 100044)

地球上只有不到1%的水资源是可用的，其中大约96%是地下水[1]。地下水是重要的饮用水源，其水质问题一直备受关注。但是近年来中国多数城市的地下水被严重污染，水源不断减少，水质也呈恶化趋势[2]。过去几十年里，全球地表水和地下水遭受到了新兴污染物的严重污染，人类和水生生物都受到了严重威胁[3]。饮用水中的一些重金属离子已经被认定为是对人体及其新陈代谢有害的物质[4]。重金属不仅使环境受到严重危害，而且给人类健康带来了诸多问题。水体的重金属污染问题日益突出，已受到人们的广泛关注[5]。锌作为一种重金属，对地下水的污染日趋严重，锌是人类健康生活必不可少的元素之一，但如果长期饮用未经处理的锌超标地下水，会导致锌在身体内的长期累积，使人体健康受到严重威胁，故需分析并寻找锌超标地下水的处理方法。

1 地下水锌污染现状

随着现代社会工业化的不断发展，地下水污染问题越来越严重，并逐渐对人类健康造成威胁[6]。各种人为活动，包括工业、农业、采矿和废物处置等，都可能将铬、铅、锌等重金属带入地下水中[3]。天然水体由于没有受过污染，重金属的含量普遍较低，因为重金属的大多数化合物都属于难溶或不溶性物质，在水中溶出的离子较少，锌的浓度一般低至10-10～10-6mol/L，水源中重金属含量超标，主要是因为附近可能有天然重金属矿藏，或有工业企业产生的大量废水排入[7]。中国受到重金属污染的铅锌尾矿区大多分布在南部和东部，其土壤中含有的锌等重金属的平均浓度均高于土壤背景值[8]。研究表明，即使对远离铅锌矿化区的土壤进行取样，Cu和Zn的污染也非常明显，这说明铅锌矿化区的生产活动对周边较大范围内的土壤都会造成Zn污染[9]。土壤和地下水污染密切相关，污染土壤中的有毒重金属通过裂缝和断层带进入地下水[10]。虽然自然原因和人为原因都可以导致水体中存在有毒的金属离子，但最主要的来源仍然是工业废水的排放[11]。

原子量为63.5～200.6、密度大于5 g/cm3的元素基本被认为是重金属[12]。重金属对人类和动植物的健康都会产生不良影响，它是有害且致癌的，不仅不可生物降解，而且倾向于在生物体内积累[13]。与别的重金属相比，锌的毒性较弱，并且对人体的生化过程至关重要，但如果过量摄取就会严重威胁人体健康[14]。锌在人体中的不断累积会导致抑郁、嗜睡、腹泻、头痛、口渴、食欲不振、呼吸能力丧失以及神经系统症状等危害，氯化锌的大量摄入会导致多种疾病，如腹膜炎等，甚至还会引发休克等症状[15-17]。天然地下水中锌的存在形式主要有Zn2+和ZnSO4(pH为3～8)以及ZnCO3和ZnOH2(pH为8～9)[18]，锌的化合物在水中溶解，会产生Zn2+，而随着天然水体中水化学条件的不断变化，Zn2+也会转化为ZnCO3和ZnOH2等难溶性化合物，然后下沉至底泥中[19]。

世界卫生组织(WHO)和美国环境保护署(USEPA)已经将饮用水中锌(II)的最大允许限量定为5 mg/L，而马来西亚环境部(DOE)规定饮用水中锌(II)离子的最大允许限值为3 mg/L。因此，检测和去除水溶液中微量Zn2+的新材料和新技术越来越受到了人们的重视[20]。

中国对饮用水中锌含量的控制较WHO等的规定更为严格。根据现行《地下水质量标准》(实施日期2018-05-01)，地下水中锌属于感官性状及一般化学指标，若将地下水供给用户，其水质应满足地下水I类、II类或Ⅲ类要求，需将水中锌含量降至1.00 mg/L及以下[21]。2006年国家颁布了新的《生活饮用水卫生标准》(实施日期2007-07-01)，其中锌属于感官性状及一般化学指标，为常规指标，其含量限值为1.0 mg/L[22]。

2 地下水除锌处理方法分析

可用于降低水中锌含量的方法有很多。化学法主要有混凝沉淀法、硫化沉淀法等，但这些方法需要向水中投加混凝剂、硫化物等化学物质，不仅费用过高，很难进行大规模应用，而且容易导致水体的二次污染[23]；电解法是在直流电的作用下，使Zn2+在阴极还原成金属单质的一种方法。这种方法不仅需要消耗大量电能，提高水厂运行成本，而且离子去除效率低，无法将水中Zn2+的浓度降到很低，只适用于对高浓度含锌废水的处理[24]。微污染地下水的锌含量虽然高于国家标准，但浓度依然较低，故电解法并不适用；依照原理的不同，生物法大体可分为生物吸附法和生物沉淀法。生物吸附法主要是利用微生物或农业废弃物对重金属离子的吸附特性来去除水中的Zn2+[12-13]。但生物吸附法在大多数情况下，对锌的吸附能力很低[25]。生物沉淀法利用的是厌氧条件下，硫酸盐还原菌将硫酸根离子还原，生成的S2-与Zn2+结合形成不溶于水的ZnS沉淀，最终将Zn2+去除，然而，该方法仅适用于水中含有大量硫酸根离子的工业废水，而且微生物处理的效果会受到金属离子毒害作用的影响[13]，所以生物法对于处理锌污染地下水并不适用；电渗析法理论上能够去除水中的重金属离子，但天然水源重金属含量较低，由于水源电阻较大，使得电渗析的电耗大大增加。因此，上述方法均不适用于锌超标地下水的处理。膜法、活性炭吸附法、天然矿物吸附法和离子交换法在去除饮用水中痕量重金属方面具有良好的前景，但中外相关研究较少[20]。

2.1 膜法

膜技术主要包含微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、正渗透(FO)以及成本更高的电渗析(ED)等，膜元件成本高和膜的污染及清洗问题仍然是当前需要解决的主要问题[26]。除了孔径较大、对重金属离子没有明显排斥作用的微滤以外，人们对于以上这些膜工艺去除水中重金属离子的效果都进行了大量研究[27]。UF膜的分离精度虽然比MF膜更高，但其孔径依然较大，如果独立应用而不与其他工艺结合，则无法有效去除重金属离子[28-29]。RO和NF工艺最初开发的目的是从盐水和半咸水中生产饮用水[30]。近年来，FO工艺也正在受到越来越多研究人员的关注[31]。

2.1.1 纳滤(NF)

NF膜的孔径约为1 nm，大于UF膜而小于RO膜[32]。NF膜的分离机制有两种，一种是通过尺寸效应来筛分不带电的溶质，另一种是通过电排斥来分离离子等带电物质[33]。在水处理过程中，由于膜上荷电基团的静电作用，NF膜在低压力下就可以对溶液中的离子进行高效分离，其对二价离子有较好地去除效果，去除率超过90%[34]。明亮等[35]采用NF90-400型膜处理铅锌冶炼废水，发现当进水压力调整到0.6～0.75 MPa时，该工艺可以达到92%～95%的脱盐率，出水水质完全符合循环水的标准，处理水在回收后，可以作为工业用水在厂区内使用。薛莉娉等[36]用NF90纳滤膜处理含NiSO4、CuSO4和ZnSO4的废水，发现NF90膜在pH=7、温度为20 ℃，进水流量为1 000 L/h，工作压力为0.4～1.0 MPa的条件下，对Zn2+的截留率均大于99%。含锌废水浓度虽然对截留率的影响不大，但对出水的金属浓度有影响，随着废水中金属离子浓度的增加，出水浓度也随之有所升高，在实验浓度范围(44～1 280 mg/L)内，即使ZnSO4进水浓度高达1 280 mg/L，出水的总锌含量仍在1.0 mg/L以下，NF90膜出水的Zn2+浓度总体较低。结果表明，在不同初始浓度和操作压力下，NF90膜能够很好地截留ZnSO4。Belkhouche等[37]研究了Nanomax-50纳滤膜对工业固体垃圾渗滤液的分离效果，结果表明，在多种溶液组成和操作条件下，锌的截留率在96%～99%。Frarès等[38]研究了外加压力、溶液浓度和循环流量对NF膜去除Zn2+的影响，结果表明，截留率受初始浓度影响较小，受压力和循环流量影响较大，随压力和循环流量的增加，Zn2+的截留率均增加，最大截留率达90%。近年来，研究者们也在不断研发出新型改性NF膜，其截留、防污性能以及纯水通量都得到了显著提高。Peydayesh等[39]采用乙二胺接枝多壁碳纳米管在不对称聚醚砜表面自组装的方法制备了一种表面带正电荷的杂化松散NF膜，该膜对Zn2+的截留率可达96.7%，与纯不对称聚醚砜NF膜相比，其纯水通量提高了122%，膜的防污性能也得到了显著提高。Moradi等[40]通过相转化将四硫代对苯二甲酸酯填料引入聚醚砜基体中研制了一种新型的防污染NF膜，该膜具有较高的纯水渗透通量和优良的防污性能，可用于去除水中的重金属离子，对水中Zn2+的截留率可达99.2%。

NF膜对水中Zn2+去除效果较好，出水水质可达饮用水标准，且NF膜工作压力比RO低，消耗电能也更少，是地下水除锌的较优处理方案。虽然NF技术在美、法、日等国的给水处理工程中已得到广泛应用，但其在中国的工程实践中仍处于尝试阶段，国产NF膜的性能仍有待提升，如何开发出廉价且性能优良的NF膜、如何准确地参数化NF膜的性能仍是目前亟待解决的问题。NF膜在中国给水领域的工程应用刚刚起步，目前的主要应用是处理出水水质要求相对较低的工业废水。

2.1.2 反渗透(RO)

RO装置处理过的水纯度很高，含有的化学成分浓度很低，不仅可以达到饮用水的水质标准，而且可以按照所需处理能力进行标准部件的组合，降低前期的成本和用户费用[41]。赵庆凯等[42]采用RO装置处理重金属废水，并对初始和最终的RO膜SEM(scanning electron microscope)扫描电镜照片进行了对比，发现RO膜受到了严重污染。所以，为了延长RO膜的使用寿命，使整个处理过程更加经济，应该先对原水进行MF、UF或NF等预处理。桂双林等[43]采用混凝沉淀-UF-RO膜集成技术处理稀土冶炼废水，该膜集成系统可去除废水中98.3%的Zn2+。茆亮凯等[44]通过研究NF-RO组合工艺在不同工况下的分离效果发现，NF-RO1812膜出水Zn2+浓度在0.7 mg/L以下，当pH=4.28、RO膜操作压力为0.5 MPa时，所采用的芳香聚酰胺RO膜对Zn2+的截留率超过了99.4%。田晓媛[45]采用NF-RO膜联用方式处理含Pb2+、Cr2+、Zn2+、Cu2+的高浓度酸性重金属废水，结果表明，当各离子起始浓度在50～100 mg/L时，通过NF膜处理后其浓度可降低至10～30 mg/L，之后再用RO膜进行处理，其整体工艺对Zn2+的截留率高达97.9%，截留效果非常好。Yang[46]研究了Zn2+对RO体系中CaCO3沉淀的抑制作用，结果表明，Zn2+浓度为2 mg/L时，对中等硬度水中CaCO3的沉淀和膜结垢均有明显的抑制作用。Aziz等[47]研究了商用阻垢剂和Zn2+对TFC聚酰胺RO膜处理微咸地下水通量的影响，分别向RO装置进水中添加商用阻垢剂和Zn2+，与不添加阻垢剂的膜相比，添加商用阻垢剂和Zn2+后膜通量的下降幅度均较小。这表明Zn2+可通过与沉淀组分的物理化学作用抑制膜结垢。

由于RO膜的脱盐率高，对水中Zn2+等重金属离子的去除效果非常好，其应用范围较为广泛，常用于海水或苦咸水的淡化、纯水或超纯水的制备以及工业废水处理等较多领域。由于RO膜易受污染，采用UF-RO或NF-RO组合工艺，以及增加原水预处理设施，可以大大提高RO膜的使用寿命。Zn2+的阻垢作用可以提高RO系统的性能，减少膜的频繁清洗和更换，降低阻垢剂的用量，从而大大降低RO的运行成本。

2.1.3 正渗透(FO)

近年来，FO在去除水中重金属离子方面，以其低/无能耗、低污染率、高纯水渗透率和高溶质截留率等优点引起了研究者的极大兴趣[48]。FO与RO的不同之处在于FO是以天然渗透压作为驱动力使水从低溶质浓度向高溶质浓度转移[49]。滕海飞[50]使用FO工艺对含有Zn2+、Ni2+等重金属离子的高盐废水进行处理，结果表明，在不同条件下，FO膜对Zn2+的去除率均可达到95%以上，证明了FO工艺可以用来去除高盐重金属废水中的Zn2+、Ni2+。雷晓斌[51]采用具有多层聚合物网络的FO膜处理含多种离子的水溶液，发现其对Cu2+、Zn2+等重金属离子均具有较高的截留率，最高可超过98.7%。Liu等[52]研究了层状复合FO膜对重金属离子的去除性能，所制备的多层聚合物网络FO膜对Cu2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+均具有较高的截留率。Vital等[53]研究了商业FO膜去除酸性矿山废水中Co2+、Cu2+和Zn2+的可行性，其研究表明，FO法以1.0 mol/L NaCl为驱动液可成功去除Co2+、Cu2+和Zn2+等重金属，去除率分别为99.4%、98.9%和99.5%。为实现驱动液的再生，FO工艺通常与RO、NF、UF和膜蒸馏工艺相结合，而这些过程需要外部液压或加热，会消耗额外的能量[54]。理想的驱动溶质对于FO技术的发展尤为重要，近年来有关新型驱动溶质的研究也有了一定进展。Chen等[55]通过络合反应合成多核锌配合物[Zn4(bet)10(H2O)2][Tf2N]8(Zn-Bet-Tf2N)用于含锌电镀废水的处理回用。Zn-Bet-Tf2N比传统的驱动溶质(NaCl、MgCl2、NH4HCO3)的水渗透速率高50%，容易通过溶剂萃取与水分离，循环利用过程无能量输入且无副产物，具有较强的实用性。结果表明，以Zn-Bet-Tf2N为驱动溶质的FO体系具有水回收效率高、选择性和可持续性强的特点，可用于含锌废水的处理回用。

虽然FO技术对水中的Zn2+等重金属离子去除率较高，但目前尚处于起步阶段，其研究尚处于实验室规模，FO膜去除含重金属水/废水的研究依然较少。FO膜虽然不需要加压，但其结垢、浓差极化问题以及理想驱动液的选择依然有待研究。近年来，为了克服现有限制，研究者们已经引入了几种改进方法，例如在膜表面加入工程纳米材料，以减轻膜污染并延长膜的使用寿命，从而降低清洗和更换成本[56]。FO系统的再生所需能源成本过高，其应用仍需进一步探索，但FO在处理水中重金属方面仍有着巨大的潜力和应用前景[57-59]。

膜法对于Zn2+的去除效果如表1所示。

表1 膜法对Zn2+去除效果Table 1 Removal effect of Zn2+ by membrane method

2.2 吸附法

2.2.1 活性炭吸附法

活性炭(activated carbon)是一种黑色多孔物质，由含碳物质活化而成。由于活性炭孔隙率高，比表面积大，表面官能团丰富，吸附能力强，所以其被广泛用作吸附剂，主要用于液体或气体的净化或分离，同时它还可以再生，对环境也相对友好[60-62]。但商用活性炭是从煤或木材原料中提取的，这些原料价格昂贵[63]，因此，研究人员将越来越多的注意力集中在寻找价格较低的新型活性炭前体，如利用农业和工业废物生产高效活性炭[64]。在研究中，人们逐渐发现利用橡胶籽壳、椰壳等农业废料或者废轮胎粉、废聚氨酯塑料等工业废物制取的活性炭可以用于去除水溶液中痕量的重金属离子。Borhan等[65]采用KOH处理橡胶籽壳来制备活性炭，并探究了其对水溶液中Cu2+和Zn2+的吸附效能，发现在Zn2+和Cu2+初始浓度为200 mg/L的低浓度下，橡胶籽壳活性炭对Zn2+的去除率为98.8%，对Cu2+的去除率达到99%，结果表明橡胶籽壳可以作为一种低成本制备活性炭的原料，对水中重金属离子具有较强的去除能力。邓清等[66]探究了椰壳活性炭和煤质柱状活性炭在不同净化条件下对Zn2+和Cd2+的去除效果，研究表明，两种活性炭在pH=7时对于Zn2+和Cd2+的吸附能力达到最强。当震荡时间定为120 min时，椰壳活性炭的净化能力要大于煤质柱状活性炭，二者对于Zn2+的去除能力均大于Cd2+。Shahraki等[67]以废轮胎粉为原料，采用炭化和化学活化技术制备活性炭，制得的活性炭对重金属离子的吸附实验表明，其对Pb2+、Cu2+、Zn2+的最大吸附量分别为322.5、185.2、71.9 mg/g，均高于商用活性炭的42.5、15.0、14.0 mg/g，能更有效去除溶液中的重金属。李茁等[68]以废聚氨酯塑料为原料，通过碳化和二氧化碳活化制备活性炭材料，并将其用于ZnSO4溶液的处理，结果表明，聚氨酯基活性炭富含表面官能团，对Zn2+的吸附符合Langmuir等温吸附和准二级动力学方程，最大吸附量为23.7 mg/g。为提高活性炭吸附重金属的性能，近年来研究者们做了大量研究。李春阳等[69]以椰壳活性炭为载体制备了2-羟丙基-β-环糊精改性活性炭，并对改性后的椰壳活性炭净化效果进行了研究，结果表明，该改性椰壳活性炭在常温下对含Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+的模拟废水均具有良好的净化效果。马骏等[70]采用一步碱热合成法，将粉末活性炭负载改性钛酸纳米管并考察其对Zn2+的吸附性能，结果显示改性活性炭对Zn2+的单层最大饱和吸附量达161.6 mg/g，该方法能显著提高活性炭的吸附性能。

活性炭对水中Zn2+的吸附去除能力较强，虽然与其他的廉价吸附剂相比价格较贵，但其处理方式和工艺都较为成熟，在水处理方面具备一定的优势[71]。活性炭吸附池的占地面积较大，适用于没有空间和高程限制的新建水厂。目前水处理炭的低成本再生问题尚未得到完全解决，活性炭的非均质孔隙结构和大孔径的分布，导致了它的低选择性，这些很大程度上限制了其广泛应用[72]。

2.2.2 天然矿物吸附法

天然矿物吸附材料包括黏土矿物(硅藻土、膨润土、沸石、高岭土等)、电气石和麦饭石等，其来源广泛、成本较低，为了代替成本较高的活性炭，很多学者对天然矿物吸附技术进行了大量的实验研究[51]。Arias等[73]探索了不同物理化学因素对Zn2+在高岭土上吸附效果的影响，发现初始金属离子浓度、接触时间和溶液pH越高，Zn2+的吸附量越大；吸附剂用量越大，体系温度越高，Zn2+的吸附量越小。雷明婧[74]研究了天然硅藻土对Cu2+、Zn2+的吸附性能，发现吸附量与吸附剂浓度、离子初始浓度、吸附时间、溶液初始pH有关，与溶液温度关系不明显。在最佳吸附条件下，天然硅藻土对Zn2+的吸附量为8.950 mg/g。Sen等[75]研究了天然膨润土对Zn2+的吸附性能，结果表明，Zn2+吸附量同样是随着初始金属离子浓度、接触时间和溶液pH的增大而增大，而温度越高吸附剂的用量减少。张晓等[76]采用天然沸石对水中重金属离子的吸附研究表明，天然沸石对溶液中的重金属有较好的吸附效果，pH越高，吸附效果越好，各离子吸附量大小顺序为Pb2+> Cu2+/Cd2+> Zn2+。Jiang等[77]研究了电气石对Zn2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+的吸附性能，结果表明，电气石对Zn2+的最大吸附量为67.25 mg/g，可实现对水溶液中重金属离子的高效去除，其吸附能力受温度(25 ～ 55 ℃)影响较小。研究者们为了提高天然矿物的吸附性能进行了一系列改性研究。唐楚寒等[78]将改性壳聚糖负载于高岭土孔隙结构中合成了一种新型的重金属吸附剂，并发现该吸附剂对污水中Ni2+、Cu2+、Pb2+、Mn2+、Zn2+的吸附量远高于普通高岭土和普通改性壳聚糖，说明该方法能使天然高岭土的吸附性能得到显著提升。但饱和吸附量随再生次数的增加而下降的问题还需进一步研究。天然硅藻土含有杂质且在理化结构上存在缺陷，导致其吸附性能难以有效发挥，因此，需要对天然硅藻土进行改性。Sosa等[79]通过添加具有羧基和胺官能团的配体(乙二胺四乙酸和2-N亚氨基二乙酸)对硅藻土进行修饰改性，来提高其对Zn2+的吸附能力，结果表明，该配体修饰了天然固体的表面，但无法进入硅藻土的主要成分——蒙脱石的层间空间，有机配体的结合使硅藻土对锌的吸附量增加了50%。卜帅宾[80]用两性表面修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱对天然膨润土进行修饰，并对含Pb2+、Cu2+、Zn2+的水溶液进行处理。结果表明，修饰后的膨润土吸附量均大于原土，且随修饰比例的增加而增大。李爱阳等[81]将麦饭石负载壳聚糖，制备了一种新型廉价的复合吸附剂，并用于处理含锌废水。研究结果表明，复合吸附剂在pH为6～8、吸附时间为40 min、投加量为4.0 g/L的条件下对Zn2+的吸附去除率达到95%以上，处理效果较好。Dimirkou等[82]采用天然斜发沸石合成高表面积的斜发沸石-铁氧化体系，通过间歇吸附实验探究其对饮用水中Zn2+、Mn2+的去除效果，发现天然斜发沸石对Zn2+的最大吸附量为71.3 mg/g，而斜发沸石-铁氧化体系对Zn2+的最大吸附值达到了94.8 mg/g，实验表明该混合体系对Zn2+的吸附效果更好，同时成本低廉易于再生，且对人类和环境无害，可以用于地下水和污染水样的净化，并且中国已有利用斜发沸石处理重金属废水的成功经验和定型设备。

天然矿物对水中Zn2+也有一定的吸附作用，但目前多处于实验室研究阶段，实际应用较少。天然黏土矿物对重金属离子吸附的选择性和稳定性较差，吸附容量较低，因此，有必要研究黏土矿物改性修饰的有效方法，来提高其对重金属的吸附能力；麦饭石对重金属离子的吸附缺乏基础研究, 理论数据不全面；电气石的加工工艺还需要改进，以确保其不含有毒有害元素和放射性元素。虽然天然矿物对重金属离子的吸附仍需进一步研究，但其成本低廉的优势使其在工业废水和饮用水重金属离子的去除领域潜力巨大。

吸附法对Zn2+的去除效果如表2所示。

表2 吸附法对Zn2+去除效果Table 2 Removal effect of Zn2+ by adsorption method

2.3 离子交换法

离子交换法是去除水中重金属的重要方法。在大多数情况下，离子交换是指用固体聚合物对含有重金属离子的溶液进行净化、分离和去污的过程。典型的离子交换剂包括有机离子交换剂(又称离子交换树脂，为功能化多孔或凝胶聚合物)和无机离子交换剂(如沸石、蒙脱石、黏土等)[83]。在离子交换系统中，通常使用有机聚合物树脂[84]。离子交换树脂是一种含有官能团的不溶性聚合物，由骨架和活性基团组成。其中骨架呈三维网状空间结构，不发生离子交换反应，活性基团上的活动离子在离子交换时可发生定向移动[85]。离子交换树脂不仅能吸附和交换水中的重金属离子，而且吸附饱和后还能再生。LewatitOC-1026等树脂可用来去除水中Zn2+[86]。离子交换法可以选择性去除水中有害的重金属离子，实现溶液中微量杂质的高效去除[87]。赵永斌等[88]研究了在不同条件下聚苯乙烯H型强酸性阳离子交换树脂对酸性地下水中重金属离子的去除效果，发现此方法对重金属离子去除率很高。在最佳的实验条件下，即进水pH=2.5、处理时间40 min、树脂投加量4%的情况下对原水进行处理，出水Zn2+含量可降至0.86 mg/L。Alyüz等[89]对Dowex HCR S/S阳离子交换树脂在水溶液中去除镍和锌的能力进行了评价。通过间歇式振动吸附实验，考察了pH、树脂用量和接触时间对去除过程的影响。结果表明，在最适宜的去除条件下，镍和锌的去除率超过了98%。Abdelwahab等[90]研究了在旋转柱篮反应器中填充强酸性阳离子交换树脂C-100 MH去除水溶液中Zn2+，结果表明，该树脂经过多次吸附解吸后对Zn2+仍有良好的吸附效果。近年来研究者们也在不断研发新型离子交换剂来提高离子交换性能。Shek等[91]研究了一种新型离子交换剂——咪唑二乙酸钠(螯合树脂D401)对废水中Zn2+的去除效果，将该树脂与市面上的两种树脂(S930和TP207)的吸附容量进行了比较，发现虽然D401的吸附容量较低，但其相对成本也最低。杨明等[92]采用离子交换纤维——以纤维状材料为骨架的离子交换剂——处理电镀废水，可高效去除铬、铜、锌、镍、镉等重金属离子，但成本高，受水质影响大的问题还需进一步研究解决。Murray等[93]研究了微纳米纤维离子交换树脂在与天然有机物竞争中对天然水体中铅、铜、锌和镍的去除能力，当各离子初始浓度为500 μg/L时，该树脂对铅、铜、锌和镍的去除率分别为82%±0.2%、46%±0.6%、55%±20%和17%±2%，结果表明，该树脂对于去除天然水体中铅的能力较强，对于提高锌的去除效果还有待进一步研究。

离子交换法虽然对金属离子有很好的处理效果，但由于离子交换树脂必须定期再生且价格昂贵，在大规模应用时并不经济，同时树脂本身易受污染，再生过程产生的大量废水还会造成二次污染[94]，操作也较为复杂。传统离子交换树脂由于比表面积、交联程度较小，且在实际饮用水处理过程中易受其他竞争离子和非目标性离子的干扰，导致其对目标重金属离子的交换能力非常有限[95]，适用于小规模饮用水、锅炉水的软化以及工业废水的重金属离子去除。随着新型离子交换剂的不断推出，离子交换法的应用范围也将变得越来越广。

离子交换法对Zn2+的去除效果如表3所示。

表3 离子交换法对Zn2+去除效果Table 3 Removal effect of Zn2+ by ion exchange method

3 结论与展望

膜法、吸附法和离子交换法，都具备对Zn2+较强的去除能力，同时也均存在不足之处。对于水厂处理天然锌超标地下水作为饮用水而言，其处理方法不仅要对Zn2+去除率高、出水水质好、能到达国家饮用水卫生标准，而且要成本低廉、工艺成熟、便于操作管理。

离子交换树脂容易受污染，在除锌处理时容易受水中其他金属离子影响，操作较为复杂，适用于工业用水处理领域，而在饮用水去除重金属领域中应用较少；天然矿物吸附法虽然成本较低，但其更多处于研究阶段，实际应用较少；活性炭吸附法对于水中Zn2+有较好的吸附能力，可以达到较好地去除效果，在饮用水处理方面应用较为广泛，但对于以地下水为水源的水厂，面临活性炭吸附池占地问题，新建地下水厂可将活性炭吸附作为核心处理工艺，但对于改造的地下水厂，空间问题和高程问题限制了其应用；膜法可以对水中Zn2+进行有效去除，其中NF等低压膜适用于处理高浓度的工业废水或作为RO处理的预处理，而对于FO膜处理水中重金属离子的研究还需进一步深入。RO虽然成本相对较高，但出产的水质较好，对于硬度较高的地下水而言，水中的Zn2+可以起到天然阻垢剂的作用，可大大降低RO的运行成本。同时，RO设备紧凑，不需要占用大量土地，运行效果稳定可靠，工程应用成熟，是目前地下水除锌处理的最适工艺，UF-RO或NF-RO工艺可作为地下水处理设施改造的优选方案。

膜法、吸附法和离子交换法用于地下水除锌依然存在各自的局限性。对于膜技术而言，还需不断开发廉价且性能优良的膜材料，提高对NF膜性能参数化表征的准确性，降低RO技术的能耗和膜污染问题，解决FO膜的浓差极化问题并寻找更加适宜的驱动液，降低驱动液再生的能源成本，未来期待低压膜对低浓度含锌地下水的处理效果提升；活性炭的低成本制备和再生技术仍需要不断的研究和开发，随着成本低廉的活性炭制备材料不断涌现，活性炭吸附技术的成本将会变得越来越低，若能与压力设备结合并优化控制过程，将有更好应用前景；天然矿物吸附法需要寻找更加经济有效的方法提高天然黏土对重金属离子的吸附能力，改进电气石的加工工艺，完善对中华麦饭石吸附重金属的基础研究工作，其在不断完善后将具有广阔的市场前景。对于离子交换法仍需不断研发交换容量大、吸附解吸性能较好的离子交换树脂，寻找更加经济环保的离子交换树脂再生方法，并优化控制与运行管理。未来各工艺如果能够弥补自身不足，其都将对含锌地下水的处理具有较好的应用前景。