腐殖酸在离子交换与吸附树脂上的吸附-解吸行为文献综述
2020-03-13 09:51:09
文 献 综 述
腐殖酸类物质广泛存在于水体、土壤等环境，是死亡物质在自然界由微生物降解而产生的最终产物。天然水体中也存在腐殖质，约占水中总有机物的50%～90%[1]。腐植质在土壤和沉积物中可分为三个主要部分：腐植酸（Humic acid，HA），富里酸（fulvic acid, FA）和胡敏素（humin, HM）。其中HA溶于碱，但不溶于水和酸；FA既溶于碱，也溶于水和酸；而HM既不溶于碱，同时也不溶于水和酸[2]。腐殖酸可以认定为稳定的有机化合物，也可以认定为复杂的有机胶体，在自然条件下，腐殖酸不容易发生降解[3]。
天然饮用水中的有机物质,主要为HA ,其浓度范围从地下水的20μg/L到地表水的30mg/L ,含量愈高,水质卫生状况愈差。由于腐殖酸在水体中会产生异味，尤其在采用氯来消毒的过程时能够产生数种产物，这些产物能够引起癌症等副作用。这些情况也导致了HA成为饮用水在环境方面产生污染的因素，我们必须有效控制。在某些方面，腐殖酸也能和水体中的一些物质，比如有毒有机物、重金属离子等，产生一定的吸附络合作用[4]，作用后形成复合污染物。腐殖酸也是导致大骨节病的主要环境因素之一。而天然水体中，特别是黑臭水体，含有大量腐殖酸，水中色度的形成，也有部分原因是由水中腐殖酸引起的[5]。因此我们需要研究出一些必要的方法来有效地去除水中腐殖酸。
腐殖酸分子结构比较复杂，拥有多种官能团，因此具有多种物理和化学性质，比如胶体性、溶解性、离子交换性、吸附性等等，这些性质是腐殖酸反应的基础[6]。腐殖酸主要研究的去除方法有活性炭吸附法，膜滤法，臭氧氧化法，生物法，光电化学法和树脂吸附法等一系列方法。本文研究了不同工艺下离子交换树脂和活性炭固定床小柱对腐殖酸的吸附穿透行为，建立吸附穿透曲线，考察氯化钠和氢氧化钠溶液对吸附后树脂的解吸行为，建立解吸曲线，为离子交换树脂去除水中的腐殖酸类SMP提供实验数据。
1、活性炭吸附法：活性炭是一些孔隙结构比较发达，比表面积比较大，拥有较强吸附能力的炭。活性炭依靠吸附能力能够去除水中的一些没有作用的有机物。然而吸附法是依靠吸附剂上发达的孔结构和较大的比表面积，或者通过吸附剂表面上的活性基团产生化学键，能够和被吸附的物质一起形成，通过这一方法达到有目的性地集合有机物的效果。吸附法采用分子间作用力也就是范德华力时是物理吸附，而吸附采用化学键时是化学吸附。吸附法对比于其他方法是在于对生物法不好处理的一些金属离子或者不好降解的有机物有着比较好的去除效果[7]。但是只用活性炭去除效率低，因此采用活性炭联用其他方法。
混凝与活性炭法：魏守强等采用了混凝剂与粉末活性炭一起联合使用，从而去除水中的腐殖酸物质[8]。在他们的研究过程中，实验表明在硫酸铝作为絮凝剂时，有效控制絮凝剂投加量和pH值，能够提高对腐殖酸等物质的去除率，只是这种方法难以去除腐殖酸中不亲水的分子有机物，此反应也能产生大量的泥渣，在之后的处理过程中去除泥渣也是比较麻烦的。
活性炭多维电极法：李乃稳等采用了活性炭来作为多维电极，经过一系列反应来对水中的腐殖酸进行吸附和降解，从而去除水中的腐殖酸。这一方法的作用过程为：吸附shy;-分解-脱附，并且对活性炭具有一定的再生过程[9]。
2、膜滤法：膜分离技术是根据生物膜对物质选择通透性而产生的一种分离方法。而由于膜分离能够较为完全地去除有机物以及能够净化水质等优点，所以这一方法已经成为污染水质处理的较为有效的方法和途径。对于水体中腐殖酸的去除，所能应用较多的是超滤和纳滤膜技术。
超滤：从20世纪70年代进入工业化应用后发展迅速，已成为应用领域最广的技术。超滤是通过压力，使其作为推动力，再利用不同的超滤膜的孔径，通常截留分子量范围在1000～300000，能够截留住水中大部分的胶体和大分子化合物。单独采用超滤膜对腐殖酸的去除效果不明显，去除效果低于40%，所以采用超滤和其他工艺相结合能产生较好的效果。王晓昌等采用混凝-超滤组合工艺法对含腐殖酸的水处理，对分子量6000左右有机物的截留达到75%[10]。但是超滤对小分子有机污染物的去除效果不明显，达不到深度处理的要求，而且也能造成膜污染，因此在实际过程中需要解决膜污染的问题。
纳滤：纳滤膜的孔径为几纳米，截留分子量在80～1000的范围内，对无机盐有一定的截留率。纳滤膜技术能有效去除水体中的天然有机物和残留的合成有机物等，通过纳滤膜技术的处理，能够去除水中90%-95%的色度，80%-85%的TOC，90%-95%的消毒副产物前驱物，水质标准可以达到健康饮用水标准[11]。
