当前世界环境

介绍

不断增加对有益目的的水需求已经迫使人们更加认真地评估和检查水再利用技术。无论原产地，工业废水是否在适当的处理后代表另一个充足和可重复使用的水源。由于有毒重金属，水污染是科学家和工程师关注的主要原因。

由于水生环境中的重金属污染，几次误会提高了对重金属毒性的认识。现在在全球范围内，由重金属造成的公众对污染造成的意识。在许多重金属，铅（Pb），汞（Hg），镉（Cd），砷（Cd），铬（Cr），锌（Zn）和铜（Cu）中是最关心的，尽管最后三个金属是动物和人类的必需营养素。他们在行业中找到了广泛的差异。这些金属在生产，使用或丢弃时进入环境。它们是非常有毒的，因为随着离子或化合物形式，它们可溶于水，并且可以容易地吸收到生物体中。在吸收后，这些金属可以与诸如结构蛋白，酶和核酸的重要细胞成分结合，并干扰它们的正常功能。在人类中，一些这些金属即使少量，也会导致严重的生理健康障碍。

已知铬，尤其是六价铬的化合物对人类，植物，动物和水生寿命（Stomberg，1984; Tondon，1982）有害。在铬粉尘和雾中曝光的铬粉体将引起皮肤，呼吸道和可能肺癌的刺激和腐蚀（Hayes，1982）。摄入可能导致外形疼痛，恶心，呕吐，严重的腹泻和出血（销售，1969）。另一方面，已经发现三价铬是人类饮食中的基本微量元素，并且三价铬的缺乏已与糖代谢不良（Katz，1991）。

天然存在的铬主要以铬的形式存在₂O_3.）或Chrome-Ore（Feo-Cr₂O_3.）。铬化合物广泛用于金属电镀，用于耐腐蚀性，水和耐油性的塑料涂层，皮革鞣制和金属精加工，以及颜料和木材防腐剂等。因此，从而排出六价铬轴承废水。以较少量的六价铬的人为生产是通过钻井泥浆，锈蚀和腐蚀抑制剂，纺织品和用于复制机器的碳粉（Sujatha，等等。，1995）。因此，工业家和环保主义者是一个充满挑战的任务，以安全有效地处理含有重金属的水域。

处理含铬废水有许多技术，其中一些已经在实践中应用了几十年，如沉淀、共沉淀(Patterson和Passino, 1987)和浓缩。这些工艺简单地通过还原(Shen和Wang, 1995)、混凝和过滤来去除废水中的铬。虽然这些技术在净化废水中的铬和其他重金属方面相当令人满意，但它们会产生含有有毒化合物的固体残留物，其最终处理通常是通过填埋。成本高，有可能污染地下水。从环境角度来看，从液体废水中去除污染物并不能解决问题，而是将其从一相(通常是液体)转移到另一相(通常是固体)。有机配体和/或环境中的酸性条件的存在可能会增加Cr (III)的流动性，以及MnO₂，可以将Cr (III)氧化为更具毒性和流动性的Cr (VI)形式(Heary and Ray, 1987)。因此，应劝阻铬污染污泥的填埋和土地应用。

图- 1:pH的影响 在吸附 点击这里查看图

近年来，利用吸附技术去除重金属受到了全球的关注(Raji，等等。，1998年;ajmal，等等。，1995年，2000年;黄，等等。，1975年;Ayub,出版社,1998,1999,2001,2002,2003)。低浓度的化学污染物很难从废水中去除。当污染物以微量浓度存在时，化学沉淀、反渗透和其他方法变得无效。在这种情况下，吸附过程是为数不多的可选方法之一(Huang和Morehart, 1991)。一些研究人员一直在研究重金属的去除。然而，他们大多数使用的是市售的活性炭。

图 - 2：吸附剂剂量对吸附的影响 点击这里查看图

活性炭成本高，再生过程中损耗大，限制了其应用。因此，在本研究中，商用活性炭被非传统的、低成本的、当地可用的农业废弃物吸附剂所取代。印度是一个农业国，产生了大量的农业废弃物，如甘蔗甘蔗渣、椰子黄麻、果壳、稻草、稻壳、废茶叶、花生壳、作物废料、花生壳、堆肥废料等。最近很少有研究人员探索利用农业废弃物吸附剂去除Cr (VI)的可能性(Gang，等等。，1999;托,等等。，1992年;黄，等等。，1975年;PeriaSamy.等等。，1991;Ayub,等等。，1998、1999、2001、2002;德雷克,等等。，1996;Shukhla和sakharane, 1991年;韦伯,1996;吊带，等等。，1994;siddiqui，等等。，1994;卡米诺,等等。， 2000, Yaishya和Prasad, 1991)。

图 - 3：初始Cr（vi）浓度的效果。在吸附 点击这里查看图

本研究评价了椰壳、印楝皮和粗甘蔗渣等农业废弃物在污水处理中的重金属去除潜力。研究了pH、接触时间、吸附剂用量、金属浓度、粒径和温度等因素对吸附效果的影响。对吸附前后的样品进行了表征。设计了连续系统，并将其与批量性能进行了比较。利用电子显微镜技术对吸附剂的表面进行了表征。采用不同吸附剂测定不同农业废弃物的去除潜力。并对该过程的热力学性质进行了研究。

材料与方法

样品的收集和现场描述

阿利加尔是印度北部一个中等规模的半工业化城镇，位于新德里东南135公里处。该市以电镀锁等建筑材料为本土以及出口市场而闻名。分析了来自该镇不同地区的大量样本，以确定受污染的地表水。从工厂/周围及其附近的排放点采集电镀废水样品，按标准方法储存，然后进行理化参数分析。对所有样品进行了pH、氯化物、碱度、悬浮物、硬度、可溶性总固形物和重金属铬污染的检测。研究表明，除了少数水质坚硬和含有六价铬污染的地方外，大多数地方的地表水都在限制范围内。具体情况见表1。然而，地表水中的铬污染超过了规定的安全限量0.1 mg/L。

表- 1阿里格尔镇地表水水质参数 点击此处查看表格

吸附剂的选择和样品的制备

在本工作中，各种农业壳，椰子壳，Neem Bark（Azadichta indica）和原料甘蔗渣已被用作研究使用批次和柱吸附过程从废水中除去铬（VI）的吸附剂。这些吸附剂在印度广泛使用。在收获各种作物期间产生相当数量的不同类型的农业废物。这些农业废物如果适当使用，可以作为各种工业单位的污染控制手段。Neem Barks在印度各地广泛使用，椰子壳是南方州轻松提供的废料。吊带，等等。，(1994)也用粗甘蔗渣处理六价铬，未对吸附剂进行表征，仅对吸附剂用量、pH、初始浓度、温度和等温线参数进行了研究。没有其他研究者对印楝树皮和椰壳吸附去除Cr (VI)进行过研究。由于这两种材料在印度各地都很丰富，所以考虑研究这两种材料的吸附特性。一些调查员，比如阿鲁纳塔姆，等等。，（1989）已经研究过镉并铅上椰壳，但它们都没有使用Neem Bark。

表 - 2：300 c的Langmuir和Freundlich等温常数的值 点击此处查看表格

吸附剂

首先将椰壳、印楝皮(azadichta Indica)和甘蔗渣在150°C的温度下干燥5小时。研磨后筛分，平均粒度为225目(印度标准筛)。然后用蒸馏水清洗几次，以去除较轻的物质和其他杂质。将吸附剂在1N NaOH中浸泡10小时，用蒸馏水洗涤数次以去除木质素含量，然后烘干。再次用双蒸馏水分别洗涤吸附剂2 ~ 3次，浸入0.1N H₂所以₄在10小时内去除碱度痕迹。用双蒸馏水彻底洗涤酸处理的吸附剂。然后将材料在阳光下干燥并储存在干燥器中。

表 - 3：300 c的热力学参数 点击此处查看表格

实验

为了了解吸附行为，根据标准方法进行了大量的研究，以考察吸附剂剂量和接触时间、pH、金属浓度的影响。在这些研究中，从原液中制备了不同浓度的Cr (VI)废水，并将其分别保存在玻璃塞锥形瓶中。然后合适剂量的吸附剂被添加到污水的锥形瓶250毫升。系统平衡的摇动烧瓶在室温下的内容在一个机械振动器(印度科学仪器工厂,安巴拉斜面,印度)之间的联系,以便有足够的时间吸附剂和金属离子是维持。

通过Whatman（No.1）滤纸过滤悬浮液，通过使用原子吸收分光光度计（GBC 902）来分析滤液以评价处理废水中Cr（VI）金属的浓度。对各次进行吸附研究。每剂量也确定最终饱和时间。这些研究在室温下进行，从20-25之间变化^oC在冬季时间到30-38^oC在夏天。在高温的研究中，温度是通过封闭的外部加热器来维持的。

批处理的研究

为了评估吸附剂剂量和接触时间，pH，金属浓度和温度变化对农业废物吸附剂的潜力，设计了批量实验。

列研究

虽然批量实验室吸附研究提供有关吸附吸附废物成分的有用信息，但是柱研究提供了用于设计连续吸附柱的废物处理技术中的实际应用。使用玻璃柱（内径1.0厘米）进行柱研究。通过以150rpm的速度在烧杯中振动，将吸附剂悬浮15分钟，然后将其转移到玻璃柱中。这样做是为了适当地分散颗粒并避免粘合剂。此后，将颗粒转移在柱中。将玻璃棉保持在底部和顶端，以避免其液体流动或浮动的损失。流速保持在1.0L / d。使用原子吸收分光光度计（GBC 902）测定来自柱的流入物和出口流中的浓度。柱实验在室温下进行。

结果与讨论

吸附研究过程中获得的实验数据被用来评价吸附剂剂量和接触时间、pH值的影响、不同初始Cr (VI)浓度的影响。绘制了吸附等温线，确定了吸附系统的可行性。为了解吸附机理，已进行了动力学研究。热力学参数表明了该工艺的可行性。进行了柱研究，将这些结果与批研究进行了比较。

椰壳、楝皮和甘蔗Bgasse吸附剂的比较

研究表明，农业废弃物表面(椰壳、楝皮和甘蔗渣)可作为去除电镀废水和金属整理废水中六价铬的有效吸附剂。如图-1所示，铬的吸附与pH高度相关，在pH 1.5-3.0范围内，吸附效果最好。pH值较低时，吸附能力较好，这可能是由于H较多⁺离子存在于这些pH值，其在术语中中和吸附的表面上的带负电荷的羟基（-OH），从而将障碍降低到二甲磺酸盐离子的扩散。在pH较高时，由于丰度OH，吸附的减少可能是可能的^-导致带正电荷的二甲磺酸盐离子的扩散的障碍增加了障碍。是常见的观察，即表面吸附在低pH范围内的阴离子，因为存在h⁺离子（Gebehard和Coleman，1974）虽然，由于OH的积累，表面为在较高的pH值下吸附阳离子的活性为阳离子^-离子(黄和stunm, 1973)。在Mahesh对活性炭去除二氢苯酚的研究中也记录了类似的观察结果，等等。，（1999）和Sharma，等等。，(1993)用泥炭去除铬。

随着吸附剂用量的增加，脱除率增加。10 g/L剂量的甘蔗渣在1.0 h内可吸附初始浓度为50 mg/L的Cr (VI) 90%以上。当吸附剂剂量进一步增加到16 g/L时，去除率达到100%，如图2所示。同样，10 g/L的吸附剂在pH 3.0时吸附80%以上，椰子壳在pH 1.5时吸附85%以上。类似的结果由(Ayub，等等。，2001年,2002年;饶,等等。，2002;Bansal和Sharma，1992;Kim和Joltech，1977年;辛格，等等。，1992年;购物中心，1992年）。

在初始阶段，Cr (VI)的去除非常快，而后期Cr (VI)的去除非常慢。去除的程度取决于金属浓度、吸附剂剂量、接触时间、粒径和ph值。一些研究人员报道，随着金属离子浓度的增加，吸附的百分比会显著降低(Panday, 1984;库马尔,1987)。甘蔗甘蔗渣比印楝皮和椰子壳的效果好，如图3所示。当吸附剂剂量为10 g/L，溶液初始浓度为50 mg/L时，对上述金属的去除率明显降低。去除率在80% ~ 90%之间。

对于所有吸附剂，绘制了Langmuir和Freundlich吸附等温线，其等温线如表2所示。结果表明，椰壳、楝皮和甘蔗渣的相关系数分别为0.973和0.947，椰壳、楝皮和甘蔗渣的相关系数分别为0.909和0.992和0.973和0.947。由此可见，椰壳和楝皮的吸附等温线表现为Freundlich吸附等温线，甘蔗渣的Langmuir吸附等温线表现为Langmuir吸附等温线。

利用热力学方程和30时的值计算了吸附的表观焓(H)、自由能(G)和熵(S)的变化⁰C列于表3.0。正的H值证实了吸附过程的吸热性质，表明山梨酸盐与椰壳和楝皮的吸附剂之间存在强结合的可能性。而H值为负值则表明吸附剂的放热性质。G的负值表明这个过程是可行的和自发的。系统的自由能变化为负值，表明吸附过程是自发的。在固溶体界面上的吸附通常表现为熵的增加。这表明，在正向吸附过程中有更快的相互作用。吸附质在两相界面上的缔合、固定或固定会导致界面上的自由度损失，表现出负熵效应。椰子壳和尼姆树皮的正熵可能是由于吸附剂表面置换水分子的随机性造成的平移熵的增加(Wright和Pratt, 1974)。熵的负值已经在前面的文献中报道过

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