腐植酸及其衍生物在水處理中的應(yīng)用

腐植酸（又稱胡敏酸humic acid，簡(jiǎn)稱ha）是一種廣泛分布于自然界的有機(jī)高分子化合物，大量存在于土壤、河湖海沉積物以及風(fēng)化煤、褐煤、泥炭中，是構(gòu)成土壤和水體中有機(jī)質(zhì)的主要成分。其作為染色助劑、粘合劑、水處理劑、水質(zhì)穩(wěn)定劑和鍋爐阻垢劑等廣泛應(yīng)用于電鍍、印染、石油、醫(yī)藥、環(huán)保等方面。

　　1 腐植酸的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

　腐植酸是由c、h、o、n、s等元素組成。工業(yè)上所用腐植酸多數(shù)是用堿溶酸析的方法從風(fēng)化煤、褐煤和泥煤中提取出來(lái)的。一般認(rèn)為，腐植酸是一組芳香結(jié)構(gòu)的、性質(zhì)相似的酸性物質(zhì)的復(fù)雜混合物，它的大小約由10個(gè)分子大小的微結(jié)構(gòu)單元組成，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元又是由核、橋、鍵、活性基團(tuán)組成，各種類(lèi)型的腐植酸普遍存在苯的衍生物，脂肪酸、苯羧酸、酚羧以及它們的衍生物。腐植酸是一種親水性可逆膠體，比重在1.330～1.448之間，通常腐殖酸多呈黑色或棕色膠體狀態(tài)，其顏色和比重隨煤化程度的加深而增加。腐植酸具有疏松的“海綿狀”結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)生巨大的表面積（330～340 m2/g）和表面能，構(gòu)成了物理吸附的應(yīng)力基礎(chǔ)。由于腐植酸分子結(jié)構(gòu)中所含的活性基團(tuán)能與金屬離子進(jìn)行離子交換、絡(luò)合或螯合反應(yīng)，因此可用來(lái)處理重金屬離子廢水、印染廢水和其他工業(yè)廢水。

　　2  腐植酸在水處理中的應(yīng)用

1.    處理重金屬離子廢水

重金屬離子廢水是一種對(duì)生態(tài)環(huán)境危害極大的工業(yè)廢水，重金屬離子進(jìn)入環(huán)境后參與食物鏈直接威脅人體健康，帶來(lái)嚴(yán)重后果。目前對(duì)含重金屬離子pb2＋、cu2＋、cr3＋、cd2＋等的廢水處理方法主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)是將溶液中的金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄晕镔|(zhì)，如化學(xué)沉淀法、電解還原法等；另一類(lèi)是不改變金屬離子化學(xué)形態(tài)條件下的縮合分離，如離子交換法和交換纖維法等?；瘜W(xué)沉淀法通常是向廢水中加入化學(xué)藥劑，使重金屬離子生成不溶的或難溶的化合物沉淀析出，但此法所用沉淀劑價(jià)格較貴，處理中易排出有害氣體，反應(yīng)后殘留物的去除還存在一定困難；電解還原法是通過(guò)電解作用使重金屬離子在電極上析出，此法操作簡(jiǎn)便，不必消耗化學(xué)藥劑，但電和金屬電極消耗大，而且在處理過(guò)程中產(chǎn)生大量的污泥還需要進(jìn)一步的處理；離子交換法處理效果好，但處理廢水成本較高。交換纖維是一種新型的交換材料，其特點(diǎn)是比顆粒狀吸附劑交換速度快，多用于各種無(wú)機(jī)離子的分離、提?。ㄈ缰亟饘佟①F金屬等），但用于處理廢水成本較高。而泥炭?jī)r(jià)格低，其中含有腐殖酸及羥基、羧基、醌基等活性基團(tuán)，可與水中重金屬發(fā)生離子交換、絡(luò)合反應(yīng)及表面吸附作用，對(duì)重金屬離子具有很好的去除效果，去除率均在97%以上，且具有較強(qiáng)的抗ca2＋、mg2＋干擾能力。吸附重金屬離子后，經(jīng)過(guò)解析脫附再生處理可循環(huán)利用。王蘭等利用風(fēng)化煤粉中的腐植酸處理天津某廠含鎘電鍍廢水，使處理前含鎘量為92.5 mg/l的水，處理后鎘含量降為0.1 mg/l，去除率為99.8%，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。王蘭等還利用腐植酸（含量42.6%)對(duì)長(zhǎng)春某廠的電鍍含鉻廢水進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，常溫下間歇攪拌，吸附5h后，鉻的去除率達(dá)96.6%以上。

2.    處理染色廢水

染料廢水在處理中脫色是一個(gè)難題。利用腐植酸作為陽(yáng)離子染料脫色劑用于處理陽(yáng)離子印染廢水，無(wú)論色度有多高，通過(guò)泥炭脫色劑濾層，都可達(dá)到無(wú)色透明，經(jīng)脫色處理后的污水可循環(huán)利用。腐植酸吸附劑也可以把染色廢水中毒性較大的陽(yáng)離子緩染劑（1227）和柔劑vs等去除97%以上。陳仙利用腐植酸鈉對(duì)印染廢水進(jìn)行處理研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)染色污染物的去除率很高，而且工藝成本較低，具有較高的凈化效果。

3.    用于阻垢緩蝕劑

腐植酸主要是一些天然的芳香族羥基羧酸，相對(duì)分子質(zhì)量大，具有離子交換、吸附絡(luò)合等性質(zhì)及良好的滲透性與分散性，且能有效地分散金屬氧化物，在金屬表面形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的保護(hù)膜，表現(xiàn)出良好的阻垢、除垢和緩蝕性。邱廣明等利用腐植酸鈉和含磺酸基的共聚物為原料制得ha/p共混物對(duì)水中caco3、ca3(po4)2的阻垢率、fe2o3的分散性以及緩蝕性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，此共混物具有很高的阻垢、分散和緩蝕性能，避免了由于缺少磷系水處理劑而帶來(lái)的不利影響，具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4.    用于處理其他工業(yè)廢水

用含45.22%游離腐植酸的kapucin制劑進(jìn)行污水脫酚試驗(yàn)，在向污水中加入此種制劑時(shí)，腐植酸變成腐植酸鹽，可以吸附污水中的酚。被酚飽和的腐植酸鹽以沉淀物形式從污水中分離出來(lái)。日本進(jìn)行的研究是將2～3 mm的sio2用酚醛樹(shù)脂涂覆后再涂上腐植酸制成吸油劑，用于處理含油廢水，去油效果非常理想。按5:100比例將含有腐植酸和微生物的土壤丸粒投入屠宰廠廢水中（含bod 14300mg/l、固體懸浮物18900 mg/l及大腸桿菌24000mg/l），在3個(gè)曝氣池中連續(xù)反應(yīng)，Zui后生成一種不含大腸桿菌、bod和懸浮固體極低（分別為65和19 mg/l）的澄清液。

5.     應(yīng)用前景