赤泥在水处理中的应用与研究现状

郭 晖，马名杰

（1.河南理工大学 万方科技学院 ，河南 焦作 454000；2.河南理工大学 材料科学与工程学院 ，河南 焦作 454001）

赤泥是氧化铝工业生产的副产物，每生产1.0t氧化铝可产出1.0～1.3t赤泥，赤泥其化学成分极其复杂，属强碱性废渣。长期以来，一直采用堆积存放的方法来处理赤泥，但长期堆积将导致土壤碱化甚至污染地下水。随着氧化铝工业的发展和人们环保意识的增强，如何有效利用赤泥已成为了当前人们研究的热点问题。近年来，对赤泥利用的研究不仅包括回收赤泥中的有价金属元素和非金属元素、生产建筑材料、复合材料等，而且赤泥在废水处理领域的研究与应用也是一个重要的研究方向。本文概述了赤泥在水处理中的应用与研究，并指出了其存在的问题和今后的发展方向。

1 赤泥的成分与性质

赤泥的成分与性质因不同的铝土矿成分及氧化铝生产工艺而有所不同。主要含有氧化铝、氧化钙、氧化铁、氧化硅等，同时含有一定的氧化钾、氧化钠等物质，呈碱性。且赤泥颗粒分散性较好，粒度较小，比表面积和孔隙大，并具有胶结的孔架状结构，在水介质中稳定性较好，是一种很有前途的低成本吸附剂［1］。

2 赤泥在水处理中的应用

2.1 吸附重金属离子

工业废水的治理是水污染控制的主要任务之一。含重金属离子的废水，如源于矿山开采、有色冶金、机械加工、仪表电镀、重金属盐化工等行业领域的重金属离子，通过各种渠道进入水体后，对生物体及人类的危害很大。比如镉能与生物体含巯基、羟基及氨基的蛋白质分子结合，从而抑制一些酶系统的活性，对人体产生的毒性效应主要表现为肺障碍病变和肾功能不良。铅对人体的许多系统都有危害，最突出的影响是损害造血和心血管系统、神经系统和肾脏，主要表现在抑制血红蛋白的合成、溶血和血管痉挛。因此，这些废水在排放前必须进行处理［2］。

近年来，为了降低废水的排放以及提高废水经处理后的质量，采用了化学沉淀、絮凝—浮选、离子交换和膜过滤等多种方法处理含重金属离子的废水，这些方法均有各自的优缺点。而采用具有高的比表面积和孔隙率、较好的吸附性能的赤泥作为废水中重金属离子的吸附剂不仅能够达到以废治废的目的，而且具有廉价且环保的双重效益［3］。

Lopez等［4］用赤泥与硬石膏的混合物加水制成在水溶液中稳定性好的集料，这种集料对重金属离子吸附性能较强，48h的最大吸附量为：Cu 19.72mg/g；Zn 12.59mg/g；Ni 10.95mg/g；Cd 10.57mg/g。对城市污水中重金属离子的连续吸附实验表明，赤泥对 Ni2+、Cu2+、Zn2+的去除效率分别是100%、68%和56%。Gupta等［5］将拜耳赤泥用H2O2处理去除表面有机物，在500℃空气气氛中活化处理，用于吸附水体中的Pb2+、Cr6+重金属离子。结果表明，活化赤泥对Pb2+、Cr6+有显著的吸附性能，可在较宽的浓度范围内有效清除水体中的Pb2+和Cr6+。Zouboulis等［6］采用赤泥去除水中的 Ni2+，发现赤泥在去除Ni2+的同时可作为碱度调节剂。

国内，将赤泥作为吸附剂去除废水中重金属离子的研究也不少。如王林江等［7－8］研究了赤泥对模拟废水中镉离子和铅离子的吸附作用，以及反应时间、溶液中镉离子、铅离子初始浓度、赤泥的掺加量、温度等因素对吸附的影响。结果表明，赤泥对镉离子和铅离子均有很好的吸附作用，对废水中镉离子的去除率最大可达99.4%。李鑫金等［9］用微波煅烧活化后的赤泥来研究其对含铬废水的处理效果。结果表明，活化赤泥对Cr3+和Cr6+均有较好的吸附作用。对于含Cr3+浓度在300mg/L以下的废水，当赤泥在800W微波活化30min后，铬含量和活化赤泥比为l∶200时，去除率可达99%以上，且在一定条件下，可使含Cr6+的废水处理后达到国家排放标准。王馥琴等［10］采用赤泥作为废水中重金属离子的吸附剂。实验结果表明，赤泥对 Pb2+、Cr3+、Cd2+、Zn2+、Ni2+的对数吸附等温线都近似直线，基本符合Freundlich公式。当赤泥添加量为2.0g/L时，Pb2+、Cr3+和Cd2+的吸附率分别达到90%、94%、85% 以上。

2.2 吸附非金属离子

随着有色冶金、钢铁和铝加工、焦炭、玻璃、电子、电镀、化肥、农药、造纸制革和印染等工业的发展和工业废弃物、生活污水等的排放，水中非金属离子如As、F、P、N等的含量越来越大。我们知道，人体过量摄入氟，氟可与骨组织的羟磷灰石的羟基交换，并通过抑制骨磷酸酶或与体液中的钙离子结合成难溶性氟化钙，从而导致钙、磷代谢紊乱，引起低血钙症、氟斑牙及氟骨症等；砷是人体的非必需元素，砷的化合物均有剧毒，砷可以在人体内积累，是致癌物质；而氮、磷等含植物营养物质的废水进入天然水体，造成水体富营养化，藻类大量繁殖，耗去水中溶解氧，造成水中鱼类窒息而无法生存、水产资源遭到破坏。因此，我们必须想办法降低和防治非金属离子对水体的污染。近年来，提出了很多治理非金属离子对水体污染的方法，但对As、F、P、N的去除率通常有限，且运行成本高、处理工艺复杂。为此，寻求开发廉价、高效的吸附材料，已成为环境保护工作中的一项要任务［11］。

Altundogan等［12］研究了赤泥对 As（Ⅴ）和 As（Ⅲ）的吸附作用。发现碱性环境适合对As（Ⅲ）的去除，pH值在1.1～3.2时As（Ⅴ）的去除效果最佳。还研究了用热处理（200～800℃）和酸处理（HCl）技术活化赤泥，发现酸热活化赤泥对水体中的As的吸附受pH值影响较大。赤泥对As（Ⅴ）吸附的最佳pH值为1.8～3.5，而对As（Ⅲ）吸附的最佳pH值则是5.8～7.5。Cengeloglu［13］用赤泥吸附水体中的氟化物，经HCl活化处理的赤泥对水体中F的清除效率为82%，比褐煤、高岭石黏土、膨润土作吸附剂的脱除率分别高出78%、63.8%和36%。Akay等［14］以赤泥作为交叉流微滤过程的载体清除水体中的磷酸盐。研究表明：磷酸盐的滤除效果与pH值、磷酸盐/赤泥比例、共存离子浓度有关，当pH值为5.2时，滤除率可达100%。

国内，许多学者开始对赤泥作为吸附剂吸附水中的非金属离子进行研究。姚珺［15］、赵颖等［16］分别以赤泥为吸附剂去除废水中的磷，考察了反应时间、初始pH值为和赤泥投加量等因素对除磷效果的影响。结果表明，赤泥具有很好的除磷能力，在各自的反应条件下，磷去除率可分别达到89.4%和98.2%。郑雁等［17］采用山东铝业赤泥对含氟废水进行处理，研究了赤泥除氟的性能和影响因素。结果表明，赤泥对水中的氟离子有很好的去除效果，实验条件下对氟的去除率可达95%以上。郑越等［18］通过静态振荡试验研究了赤泥对废水中氨氮的去除效果，并与活性炭的脱氮性能进行比较。试验结果表明：赤泥对氨氮的去除量随着水中氨氮浓度的升高而增加，且赤泥对氨氮的去除效果强于活性炭。

2.3 吸附有机污染物

有机污染已成为日益严峻的环境问题，印染废水因有机物含量高、色度深、妨碍太阳光的渗透作用、光合作用减弱，影响水体中的生物生长、水质复杂且成分波动大，已成为难处理的工业废水之一。而染料通常不发生光降解和氧化分解，大多数染料也不能生物降解。目前国内外处理印染废水大多以生物法辅以物化处理为主，但脱色及COD去除效果较差，出水难以稳定达到国家排放标准［19］。吸附是深度处理印染废水行之有效的方法之一，而赤泥是一种具有广阔应用前景的低成本吸附剂。

Namasivayam等［20－21］将赤泥用于吸附纺织染料废水中的刚果红和酸性紫，吸附效果较好。侯来广等［22］在高温下加热赤泥使之脱水，利用赤泥中孔隙对污水溶液中COD的吸附作用进行研究。结果表明：赤泥对有机废液具有一定的吸附性，并且吸附效果随着煅烧温度的升高而逐渐提高。张君［23］以微波酸活化赤泥为吸附剂，对酸性大红染料废水进行吸附脱色处理，当吸附时间为2h、pH值4.0、吸附剂投加量为15L时，活化赤泥对酸性大红的脱色效果较好，去除率可达97.7%。

2.4 赤泥用于制备絮凝剂

由于以赤泥为原料制备的絮凝剂中含有大量的Fe3+和Al3+，具有较高的正电荷，可有效降低或消除水中悬浮胶粒的ξ电位，使其脱稳。当在铁盐和铝盐中加入聚硅酸后，聚硅酸铝铁絮凝剂不仅对水中胶粒具有较强的电中和作用，而且同时具有吸附架桥作用。因此，不少学者开始了将赤泥用于制备聚硅酸金属盐复合型高分子絮凝剂的研究［24］。

Orescanin等［25］采用稀硫酸浸出赤泥后，经过离心分离或真空过滤，制备了适于去除工业废水中重金属和浊度的固体聚硅酸盐絮凝剂。罗道成等［26］在常压通氧的条件下，用稀硫酸浸取制备了高效混凝剂聚硅酸铁铝，用于处理工业废水的效果与聚合硫酸铁相比，COD、色度和SS去除率分别提高了20%、28%和10%。王海峰等［27］以拜耳法赤泥为原料制备了聚合氯化铝铁，比聚合氯化铁和聚合氯化铝絮凝剂具有更好的絮凝沉淀效果。

3 结论与展望

众所周知，目前废水处理的任务十分艰巨，水处理吸附剂和絮凝剂的用量也在逐年增加。将赤泥作为吸附剂和絮凝剂应用到水处理中有效去除水中的重金属离子、非金属离子、有机染料等，不但使难以处置的赤泥资源化，同时具有工艺简单、成本低廉、效果显著等优势，是一种典型的以废治废的途径。但是目前仍处于实验室阶段，尚存在一系列问题亟待解决：①直接利用原状赤泥作为吸附剂来处理废水，其吸附能力有限。

寻找廉价且高效的改性方法是赤泥作为吸附材料应用于水处理中的一个重要的研究方向。②用赤泥进行水处理，不仅赤泥留在水中会造成水体浑浊，而且由于赤泥本身成分复杂，属碱性废渣，用其处理废水会导致水体的pH值发生变化，给水体带进新的污染因素是不可忽视的。因此，如何使赤泥的净水效果得到进一步提高，并将其带入到水体中的污染物控制到最低，是今后的一个重要研究方向。③我们不能只探讨赤泥在水处理方面的效果，还要考虑赤泥作为水处理剂之后的最终去处。如何处置吸附有大量污染物的赤泥，也是今后的一个重要研究内容。④赤泥作为吸附材料处理水中的各种污染物的机理尚不完善，有待进一步研究。

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