陶瓷透水磚對工業園區重金屬的吸附

余太平何延召蔡洪李孟許入義

（1.湖北省城建設計院股份有限公司 武漢 430050 2.武漢理工大學土木與建筑工程學院市政系 武漢 430070）

某重金屬工業園區內的入駐企業以有色金屬冶煉加工、電子設備生產、機電加工等產業類型為主，排放的廢水主要是含重金屬離子的工業廢水。經園區內的廢水處理工藝，其出水能達到《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中對重金屬離子的相關要求。但由于降雨沖刷，會有大量沉積在道路表面的Pb、Cd、Zn等重金屬離子會隨水流排入河流或滲入到地下水源中，進而造成水源的嚴重污染，部分空氣中的粒子則隨雨水進入土壤。被植物吸收后不僅會危害植物體生命，而且在生物鏈中的逐步轉移積累將會危害自然界生物體健康。

對于工業園區內殘留的重金屬污染的處理，國內外已有成熟的技術，例如水泥窯焚燒重金屬廢棄物、重金屬廢棄物的填埋固化處理等，但這些技術處理的重金屬污染物都是重金屬含量高、污染物分布集中、污染物便于集中運輸處理等。對存在于空氣、道路路面的粒子，無法將其收集起來。由于粒子中的重金屬含量偏低，采用現有重金屬污染物處理技術不可行，因而急需找到一種合適的方法對工業園區內的殘留重金屬進行處理。

近年來，將透水水泥基材料進行功能化改造后用于城市道路初期雨水凈化處理技術有了新的發展，透水路面材料在快速排泄雨水、防止路面積水及補充地下水的同時，對初期雨水沖刷道路后攜帶的金屬粒子進行吸附、固定，這一分散處理技術很適合工業園區內道路及土壤殘留重金屬的處理。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

煤矸石、廢陶瓷、廢玻璃、水、膠粘劑、混合料。

1.2 試驗方法

1.2.1 陶瓷透水磚的制備及性能測試

按照配方分別稱量原料，進行配料。將配好的料混合均勻后，壓制成型，壓力為10MPa，制得的試樣尺寸為200mm×100mm×40mm。將制備好的試樣放入干燥箱中，在100℃干燥8h，然后放入高溫箱式電阻爐中燒成。試驗的燒成溫度分別為1000℃、1050℃和1100℃，電爐的升溫速度控制為3℃/min，并在燒成溫度下保溫1h。待爐溫降至室溫后取出，按《透水磚》（JC/T945-2005）標準測試試樣的抗壓強度、吸水率等。

1.2.2 陶瓷透水磚對重金屬離子的吸附

模擬該工業園區內重金屬離子污染情況（遠高于所規定的安全濃度），配制含有四種重金屬離子 Zn2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+的溶液，所對應的濃度分別為 90.2mg/L、105.7mg/L、32.4mg/L、25.1mg/L，溶液以 70L/h 的流速通過透水磚。

2 結果與討論

2.1 陶瓷透水磚理化性能

透水磚制品的力學性能及透水系數測定按照《透水磚》（JC/T945-2005）標準執行，測定結果如表1所示。從表1可以看出，28d為最佳配方，強度高、透水性能好。當燒成溫度達到1150℃，液相過多，坯體表面出現玻璃化，強度提高，但透水性能顯著下降。實驗發現，氣孔率越大，透水系數就越大。這表明廢渣本身產生的大量氣孔及顆粒級配所產生的氣孔都是三維連通的。成型壓力大小是影響透水系數的因素之一，相同配方的物料系統，采用不同的成型方法及壓力所得到制品的透水系數是不同的。目前透水磚成型的方法最常見的就是壓制成型法。成型壓力越大，其透水系數越小。在成型過程中，壓力過大，廢陶瓷顆粒逐漸破碎，毀壞了原有顆粒級配堆積成的孔結構，從而降低了制品滲水性能。因此，對壓制成型，選擇成型壓力時，既要考慮生坯的強度，又要考慮燒成后制品的強度和透水系數。

表1 透水磚樣品理化性能測試結果

2.2 陶瓷透水磚對重金屬離子吸附性能的測定

將制得的陶瓷透水磚置于反應裝置中，利用配制好的重金屬離子溶液浸泡至透水塊的上表面，分別于3d、7d、9d、28d，利用膠頭滴管在吸附裝置的不同地點和深度進行取樣，然后進行ICP測試。

如圖1所示，陶瓷透水磚對四種重金屬離子的吸附規律曲線，隨著吸附時間的延長，呈現逐漸升高的趨勢，即四種重金屬離子的濃度隨著時間的延長，都呈現降低的趨勢?？傮w而言，Pb2+和Cu2+的濃度變化最大，基本到7d時，就已經達到吸附平衡，說明對Pb2+和Cu2+基本上完全吸附；Pb2+和Cu2+的濃度也是在第9d的時候已經達到了濃度的最大值，完成了對兩種重金屬離子的大量吸附。對于Cd2+和Zn2+來說，離子濃度的變化趨勢就沒有Pb2+和Cu2+的濃度變化趨勢明顯，可以看出，這兩種離子的濃度變化速度很緩慢，甚至到了28d的時候，吸附量仍然不是很大，說明四種吸附劑的摻入，對Cd2+和Zn2+的吸附效果不及對Pb2+和Cu2+的吸附效果。

圖1 陶瓷透水磚吸附的規律示意圖

3 結論

（1）通過對制備的陶瓷透水磚進行性能測試，發現齡期為28d的陶瓷透水磚抗壓、抗折強度最佳，透水性最好。

（2）微觀結果分析顯示陶瓷透水磚流道最寬的位置為0.21mm，孔喉處為0.09mm，主要孔徑范圍為10～40μm，100μm以上的氣孔大致在10～20%之間，小氣孔孔徑范圍為5～20μm。

（3）陶瓷透水磚吸附重金屬離子的規律為：Cu2+、Pb2+>Cd2+、Zn2+。