许玮

(江苏省电力设计院有限公司，江苏南京　211102)



水中 Cu2+污染去除方法概述

许玮

(江苏省电力设计院有限公司，江苏南京211102)

摘要:介绍了物理法、化学法、生物法三种水中Cu2+的去除技术，阐述了各种方法的技术原理，并分析了不同方法的优缺点及适用范围，得出了一些结论，可为水中Cu2+污染去除方法的选择提供参考。

关键词:水体，物理法，化学法，生物法

1　概述

铜被广泛地应用于电气、建筑、机械制造、国防、农业生产等行业中。同时，Cu也是人体必需的微量元素，对体内酶的合成，铁的吸收和利用，维持中枢神经系统的正常功能有着重要的作用，但过多的铜进入体内则极易引起呕吐、上腹疼痛、急性溶血和肾小管变形等Cu中毒现象。自然水体和食物中Cu2+具有天然的本底浓度，近年来，电镀行业、炼铜行业的不自律排放造成附近重金属污染的例子屡见不鲜。

有研究表明，当水中Cu2+达到0．01 mg/L时，由于Cu2+的灭菌作用，就会对水体的自净作用产生不良影响［1］。我国GB 5479—2006饮用水卫生标准规定:水中Cu离子的浓度不得超过1．0 mg/L，GB 21900—2008电镀行业污染物排放标准中也规定企业废水总排放口检测到的总铜含量不得超过1．0 mg/L。水中金属离子的去除按照化学性质可分为物理法、化学法、生物法和联用方法。物理法主要包括吸附法、离子交换法和膜分离方法等;化学法主要包括化学沉淀法和化学还原法;生物法主要为微生物的吸附和植物的吸收、迁移。

2　不同去除方法的探讨

2．1物理法

1)吸附法。

吸附法主要利用吸附材料如活性炭纤维［2］、沸石［3］、碳纳米管［4，5］、膨润土［6］、蒙脱土［7］、多孔植物材料如柚皮［8，9］、桑枝粉［10］、板栗壳［11］等吸附去除水中的Cu2+，这些材料具有较大的比表面积和孔隙率，对水中微量污染物的去除效果良好。林燕华［2］利用活性炭纤维(ACF)作为基底材料，向表面附着TiO2后制成电极材料连接电化学工作站的阴极进行Cu2+的去除，结果发现无外加电场时ACF的吸附量为0．89 mg/g，TiO2/ACF材料的吸附量为3．17 mg/g。随着外加电压由0 V增加至2 V，ACF 和TiO2/ACF材料对Cu2+的吸附量分别增加了5．79 mg/g和5．58 mg/g，外加电场的作用下，Cu2+向电解槽的阴极聚集，随着电压增加，电场作用增强，材料对Cu2+的吸附作用显著增加。沸石是一类含水的铝硅酸盐矿物多孔吸附材料，主要由SiO4和AlO4的四面体单元组成。天然沸石中由于杂质含量高不利于其应用，近年来人们合成了不同Si，Al比的沸石用于重金属的去除，万东锦等人［3］采用硅铝比为25，38，50的25H，38H，50H型沸石材料，发现这三种材料对水中Cu2+的去除为Langmuir吸附，其中吸附容量最大的为25H型沸石分子筛，为12．83 mg/g。铝硅比影响材料表面的孔径，硅铝比越高，越不利于Cu2+的吸附。碳纳米管(CNT)作为近年来研究最为广泛的纳米材料，在Cu2+的去除中也有部分研究［4，5］，夏冰使用原始碳纳米管吸附水中Cu2+，饱和吸附量为10．2 mg/g;经酸改性后，饱和吸附量提高为38．2 mg/g，向CNT表面附着Fe2O3则使饱和吸附量进一步升至40．45 mg/g;这三种碳纳米管材料对Cu2+的吸附也符合Langmuir吸附模型。膨润土(蒙脱石)作为传统的吸附材料去除水中重金属离子早有研究，膨润土可使腐殖酸对Cu2+的去除效果提高10%以上［6］，改性后的蒙脱石材料——单层纳米伊/蒙黏土对Cu2+的吸附量为12．68 mg/g。自然界中同时存在着很多种多孔植物材料如柚皮、桑枝粉、栗子壳等，这些材料经过改造后也可用于水中Cu2+的吸附。使用异丙醇对柚皮进行改性后，Cu2+吸附量由未改性时的1．26 mg/g增加至2．5 mg/g［8］。使用碱处理改性柚皮也能提高Cu2+的吸附量，经过NaOH处理以后的柚皮对Cu2+的吸附可达到4 mg/g［9］。经过处理后的橘皮也具有良好的吸附性能，冯宁川等等对橘子皮进行无水乙醇-NaOH交联改性以后，饱和吸附容量可达到50．17 mg/g［12］。改性桑枝粉和栗子壳也对铜离子具有一定的吸附作用，饱和吸附量分别为13．18 mg/g和10．94 mg/g。

综上所述，吸附法对Cu2+的吸附可采用的材料多种多样，自然界中天然存在的材料经过改性后对Cu2+的吸附量能够显著提高，在实际应用时吸附剂材料一般需求量大，且达到吸附饱和后需要置换，在天然来源不足的情况下，应考虑使用人工合成的吸附剂材料。

2)膜分离法和离子交换膜法。

膜分离法是近年来迅速发展起来的一种方法，利用外加压力和膜技术将水中的污染物截留在膜一侧，膜另一侧的出水即为低浓度或不含污染物的水。离子交换膜法利用阳离子交换树脂膜材料中的半透膜作用和离子交换、吸附作用，将水中的Cu2+截留、交换或吸附，这种方法的去除效率主要取决于膜的孔径、孔隙率和离子的水化半径［13］。

2．2化学法

化学法去除水中铜离子主要分为两大类:

一类是化学沉淀法，主要通过加入絮凝剂或碱溶液与铜离子结合生成沉淀后，通过过滤、沉降等方法将其去除。沈为国等人［14］通过向含铜废水中加入NaOH形成Cu(OH)2沉淀后，加入絮凝剂使沉淀增大后沉降，经过处理后的CuSO4废水可以达标排放。安瑜等［15］使用高分子絮凝剂(MF)去除含铜离子的高浊度水，投加量为1 mg/L的MF可絮凝沉淀Cu的浓度为6．25 mg/L，

另一类是化学还原法，主要利用金属材料的活泼性，对水中的Cu2+进行置换。

主要反应机理见下式:

采用金属对水中的Cu2+进行还原后，Cu单质附着在材料表面，金属材料本身被氧化为金属离子。因此使用金属还原法去除水中Cu2+的一个限制因素为当材料表面被Cu单质完全覆盖后，材料的还原性能即立即终止。但在含有低浓度铜离子及其他污染物的溶液中，少量Cu单质的附着反而可作为催化剂，有利于其他污染物的去除［16］。在处理过程中要根据实际的铜离子含量进行选择。

2．3生物法

铜离子通常作为杀菌剂使用，因此能够吸收利用铜离子的细菌种类不多。

田建民［17］利用外红硫螺菌属表面荚膜产生的粘液多糖吸附表面的铜离子，由于细菌表面分泌产生的荚膜物质和粘液带负电，通常可电吸附水中的阳离子，实验表明，该细菌外部产生的聚合物吸附的铜离子占生物干重的25%～30%。

杨志泉等［18］采用好氧—厌氧生物联用方法去除垃圾渗滤液中的重金属，发现Cu2+的浓度由31．67 mg/L降低为21．54 mg/L，去除率为31．99%。由于Cu2+的杀菌作用，微生物对Cu2+的去除通常为吸附作用。自然界中有一类植物也可对Cu进行富集和转移，研究人员通过水培实验种植狭叶香蒲去除水中的Cu2+，发现在狭叶香蒲的茎和叶中累积的Cu干重分别高达1 233．8 mg/kg和632．3 mg/kg DW(干重)。使用植物法修复水中的Cu污染，Cu最终富集在植物体中，通过收割植物，实现水中Cu的去除。

3　结语

物理法处理水中铜离子的污染时主要为吸附剂的使用，其中天然材料如柚皮、橘子皮、板栗壳等经过改性后可具有与化学合成的吸附剂相当的吸附能力，但在实际应用于大量水中的Cu2+污染时，由于吸附剂需求量大且化学合成吸附剂的吸附容量可调节，因此化学合成的吸附剂应用前景更广阔。使用絮凝剂的化学法去除效果远远好于加碱沉淀法，絮凝剂本身带有负电荷，可与Cu2+离子相互吸引，进一步提升了絮凝去除效果。生物法则适用于原位修复，未来可更多考虑用于土壤中的铜离子污染修复。

参考文献:

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中图分类号:TU991．21

文献标识码:A

文章编号:1009-6825(2016)17-0202-02

收稿日期:2016-03-23

作者简介:许玮(1983-)，男，工程师化学絮凝剂的去除效果远远好于上述提到的吸附剂材料。

Review on the removal methods of copper ions pollution from water

Xu Wei
(Jiangsu Power Design Institute Co．，Ltd，Nanjing 211102，China)

Abstract:The paper introduces Cu2+removal techniques from water of physical method，chemical method and biological method，describes their own technological principles，analyzes their merits and defects and application scope，and finally draws some conclusions，which will provide some guidance for selecting Cu2+pollution removal method from water．

Key words:water，physical method，chemical method，biological method