陶瓷透水砖对工业园区重金属的吸附

余太平何延召蔡洪李孟许入义

（1.湖北省城建设计院股份有限公司 武汉 430050 2.武汉理工大学土木与建筑工程学院市政系 武汉 430070）

某重金属工业园区内的入驻企业以有色金属冶炼加工、电子设备生产、机电加工等产业类型为主，排放的废水主要是含重金属离子的工业废水。经园区内的废水处理工艺，其出水能达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中对重金属离子的相关要求。但由于降雨冲刷，会有大量沉积在道路表面的Pb、Cd、Zn等重金属离子会随水流排入河流或渗入到地下水源中，进而造成水源的严重污染，部分空气中的粒子则随雨水进入土壤。被植物吸收后不仅会危害植物体生命，而且在生物链中的逐步转移积累将会危害自然界生物体健康。

对于工业园区内残留的重金属污染的处理，国内外已有成熟的技术，例如水泥窑焚烧重金属废弃物、重金属废弃物的填埋固化处理等，但这些技术处理的重金属污染物都是重金属含量高、污染物分布集中、污染物便于集中运输处理等。对存在于空气、道路路面的粒子，无法将其收集起来。由于粒子中的重金属含量偏低，采用现有重金属污染物处理技术不可行，因而急需找到一种合适的方法对工业园区内的残留重金属进行处理。

近年来，将透水水泥基材料进行功能化改造后用于城市道路初期雨水净化处理技术有了新的发展，透水路面材料在快速排泄雨水、防止路面积水及补充地下水的同时，对初期雨水冲刷道路后携带的金属粒子进行吸附、固定，这一分散处理技术很适合工业园区内道路及土壤残留重金属的处理。

1 材料与方法

1.1 试验材料

煤矸石、废陶瓷、废玻璃、水、胶粘剂、混合料。

1.2 试验方法

1.2.1 陶瓷透水砖的制备及性能测试

按照配方分别称量原料，进行配料。将配好的料混合均匀后，压制成型，压力为10MPa，制得的试样尺寸为200mm×100mm×40mm。将制备好的试样放入干燥箱中，在100℃干燥8h，然后放入高温箱式电阻炉中烧成。试验的烧成温度分别为1000℃、1050℃和1100℃，电炉的升温速度控制为3℃/min，并在烧成温度下保温1h。待炉温降至室温后取出，按《透水砖》（JC/T945-2005）标准测试试样的抗压强度、吸水率等。

1.2.2 陶瓷透水砖对重金属离子的吸附

模拟该工业园区内重金属离子污染情况（远高于所规定的安全浓度），配制含有四种重金属离子 Zn2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+的溶液，所对应的浓度分别为 90.2mg/L、105.7mg/L、32.4mg/L、25.1mg/L，溶液以 70L/h 的流速通过透水砖。

2 结果与讨论

2.1 陶瓷透水砖理化性能

透水砖制品的力学性能及透水系数测定按照《透水砖》（JC/T945-2005）标准执行，测定结果如表1所示。从表1可以看出，28d为最佳配方，强度高、透水性能好。当烧成温度达到1150℃，液相过多，坯体表面出现玻璃化，强度提高，但透水性能显著下降。实验发现，气孔率越大，透水系数就越大。这表明废渣本身产生的大量气孔及颗粒级配所产生的气孔都是三维连通的。成型压力大小是影响透水系数的因素之一，相同配方的物料系统，采用不同的成型方法及压力所得到制品的透水系数是不同的。目前透水砖成型的方法最常见的就是压制成型法。成型压力越大，其透水系数越小。在成型过程中，压力过大，废陶瓷颗粒逐渐破碎，毁坏了原有颗粒级配堆积成的孔结构，从而降低了制品渗水性能。因此，对压制成型，选择成型压力时，既要考虑生坯的强度，又要考虑烧成后制品的强度和透水系数。

表1 透水砖样品理化性能测试结果

2.2 陶瓷透水砖对重金属离子吸附性能的测定

将制得的陶瓷透水砖置于反应装置中，利用配制好的重金属离子溶液浸泡至透水块的上表面，分别于3d、7d、9d、28d，利用胶头滴管在吸附装置的不同地点和深度进行取样，然后进行ICP测试。

如图1所示，陶瓷透水砖对四种重金属离子的吸附规律曲线，随着吸附时间的延长，呈现逐渐升高的趋势，即四种重金属离子的浓度随着时间的延长，都呈现降低的趋势。总体而言，Pb2+和Cu2+的浓度变化最大，基本到7d时，就已经达到吸附平衡，说明对Pb2+和Cu2+基本上完全吸附；Pb2+和Cu2+的浓度也是在第9d的时候已经达到了浓度的最大值，完成了对两种重金属离子的大量吸附。对于Cd2+和Zn2+来说，离子浓度的变化趋势就没有Pb2+和Cu2+的浓度变化趋势明显，可以看出，这两种离子的浓度变化速度很缓慢，甚至到了28d的时候，吸附量仍然不是很大，说明四种吸附剂的掺入，对Cd2+和Zn2+的吸附效果不及对Pb2+和Cu2+的吸附效果。

图1 陶瓷透水砖吸附的规律示意图

3 结论

（1）通过对制备的陶瓷透水砖进行性能测试，发现龄期为28d的陶瓷透水砖抗压、抗折强度最佳，透水性最好。

（2）微观结果分析显示陶瓷透水砖流道最宽的位置为0.21mm，孔喉处为0.09mm，主要孔径范围为10～40μm，100μm以上的气孔大致在10～20%之间，小气孔孔径范围为5～20μm。

（3）陶瓷透水砖吸附重金属离子的规律为：Cu2+、Pb2+>Cd2+、Zn2+。