粉狀活性炭脫色在水處理的應(yīng)用

近年來(lái)，印染廢水脫色研究十分活躍，根據(jù)處理方法不同可分為兩大類(lèi)，即生化法和物化法。物化法包括吸附、混凝、中和等，生化法包括活性污泥法、生物轉(zhuǎn)盤(pán)等。實(shí)際水處理工程中常常是多種方法組合，以便取得最佳的效果。本文將對(duì)吸附脫色和絮凝脫色作一綜述。1.吸附法及疏水性染料的內(nèi)擴(kuò)散，適用于分子量不超過(guò)400的水溶性染料分子脫色，對(duì)大分子或疏水性染料的脫色效果較差。采用活性炭可以有效去除廢水中的活性染料、堿性染料、偶氮染料。在一定條件下，活性炭還可直接吸附某些重金屬離子。另外，活性炭吸附水溶性染料時(shí)，吸附率高，但不能吸附懸浮固體(SS)及不溶性染料?；钚蕴侩m然吸附性能優(yōu)良，但由于再生困難，成本高，一般應(yīng)用于濃度較低的染料廢水處理或深度處理。對(duì)于中小企業(yè)而言，往往需要價(jià)格便宜、原材料易得的吸附劑來(lái)處理廢水。1．2礦物吸附劑有機(jī)膨潤(rùn)土水處理劑具有原料豐富、價(jià)格低廉、制備方法簡(jiǎn)單、吸附性能良好的特點(diǎn)。目前，有關(guān)新型膨潤(rùn)土吸附劑在廢水處理中應(yīng)用的研究已涉及去除重金屬離子、去除有機(jī)污染物、脫色、脫磷、除臭等諸多領(lǐng)域，且實(shí)驗(yàn)室已制得效果良好的產(chǎn)品。膨潤(rùn)土是以蒙脫石為主要成份的粘土，蒙脫石是2：1型層狀硅鋁酸鹽，在層間具有可交換的鈣、鎂、鈉等離子，膨潤(rùn)土顆粒表面往往存在負(fù)電荷和正電荷，負(fù)電荷又包括恒定負(fù)電荷和pH控制負(fù)電荷，這些性質(zhì)決定了膨潤(rùn)土具有良好的吸附、離子交換等性能，在印染廢水處理中獲得了廣泛的應(yīng)用。趙東源等利用天然蒙脫土處理含酸性陽(yáng)離子染料廢水，研究發(fā)現(xiàn)脫色率可達(dá)90％以上，COD去除率高達(dá)96．9％，蒙脫土是通過(guò)吸附機(jī)理去除色素的，并具有操作簡(jiǎn)單，周期適中，易再生和投資少等特點(diǎn)。王琪全等研究了麥飯石對(duì)水溶性染料直接耐酸大紅4BS的吸附作用。研究結(jié)果表明，麥飯石對(duì)染料的吸附較好地符合Langmuir方程，且對(duì)染料溶液及實(shí)際廢水具有良好的脫色率和COD去除率。我國(guó)麥飯石資源豐富，開(kāi)辟麥飯石吸附脫色技術(shù)，前景廣闊。裘祖楠等研究了用凹凸棒石粉末作為吸附劑去除染色廢水，脫色效果明顯，對(duì)陽(yáng)離子和活性染料脫色效果尤其顯著。值得注意的是，礦物的脫色機(jī)理除了吸附作用外，還具有絮凝和離子交換吸附的綜合作用。1．3煤、爐渣吸附劑煤、爐渣作為工業(yè)廢物，具有微孔多、表面積大的特點(diǎn)對(duì)印染廢水中分子量較大，非極性染料和助劑等都具有很好的吸附效果，當(dāng)煤渣微孔與被吸附物質(zhì)的顆粒直徑大小越相近時(shí)，吸附效果越好。南寧市絹麻紡織印染廠用煤渣對(duì)印染廢水進(jìn)行脫色，所采用的煤渣的空隙率達(dá)72．8％，該煤渣對(duì)不同類(lèi)型染料的吸附脫色率在62．5％~99．5％之間用。煤渣是一種不需再生，不需費(fèi)用的吸附物質(zhì)，對(duì)單一和多種染料組成的各種印染廢水都具有良好的處理效果，脫色率一般大于96％。用粉煤灰作脫色的吸附劑，其投資和運(yùn)行費(fèi)用明顯低于活性炭，因此，在經(jīng)濟(jì)上較為合理。張竹青網(wǎng)研究結(jié)果表明粉煤灰對(duì)活性染料艷紅x．3B和活性艷紅x．8B具有良好的脫色效果。常用無(wú)機(jī)混凝劑是鐵、鋁等金屬鹽。這些金屬鹽的分子電荷數(shù)多，故具有較大的混凝凝效果。鐵鹽、鋁鹽的混凝效果受pH的影響較大。以鋁鹽為例，鋁與水中之OH。作用形成氫氧化鋁，表現(xiàn)出大的混凝效果。如果此時(shí)水中堿度不足(pH低)，形成氫氧化鋁的氫氧根離子不足便形不成沉淀。另一方面，如DH過(guò)高，氫氧化鋁就會(huì)變成鋁酸根離子而再度溶解，從而降低凝集效果。pH值過(guò)高或過(guò)低，其溶解度都變大，不利于凝集。因此必須對(duì)染色廢水的pH進(jìn)行調(diào)整，分別調(diào)整到其最適宜值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可求得各種混凝劑的最佳pH值。高寶玉研制的含金屬離子的聚硅酸脫色混凝劑(PSMA)，用來(lái)處理含分散染料、酸性染料的廢水，當(dāng)投加量為45mg／L時(shí)，色度去除率均達(dá)95％以上。通過(guò)多方面的研究及實(shí)踐證明，利用無(wú)機(jī)混凝劑可以較好地去除印染廢水中大部分懸浮態(tài)染料、分散染料、還原染料、硫化染料及水溶性染料中分子量較大的部分直接染料，但對(duì)于活性染料、金屬絡(luò)合染料的去除效果則較低。2．2有機(jī)絮凝劑由于普通的無(wú)機(jī)混凝劑在廢水處理中藥劑投加量大，處理費(fèi)用高，且隨水質(zhì)的變化需改變加藥條件，因此運(yùn)行管理比較復(fù)雜。最近幾年的研究結(jié)果表明，有機(jī)絮凝劑特別是人工合成的高分子絮凝劑對(duì)印染廢水顯示出更好的脫色效果。目前用于印染廢水中的有機(jī)絮凝劑主要分為表面活性劑、天然高分子及其改性劑、人工合成的有機(jī)高分子絮凝劑三大類(lèi)。2．2．1表面活性劑有研究者用十二酰胺基乙基吡啶氯化物或十六烷基溴化吡啶鹽處理水溶性陰離子染料廢水，如澄堿H2R、Ostazin棕H4GR、Ostazin亮橙H2R等，其處理效果都很理想。表面活性劑在印染廢水處理中還可用做助凝劑。陳潤(rùn)銘[16]在處理含堿性品紅等陽(yáng)離子印染廢水時(shí)，利用十二烷基苯磺酸鈉與陽(yáng)離子染料發(fā)生化學(xué)作用，靠氫鍵及靜電結(jié)合，使原來(lái)帶正電荷的陽(yáng)離子染料粒子轉(zhuǎn)變?yōu)閹ж?fù)電荷的粒子，再與PFAS絮凝劑產(chǎn)生絮凝沉淀，色度去除率可達(dá)99％。陽(yáng)離子表面活性劑與印染廢水中染料分子的絡(luò)合反應(yīng)具有較強(qiáng)的選擇性。通常情況下，單獨(dú)使用難以達(dá)到很好的效果，往往在使用時(shí)和鋁鹽復(fù)配。2．2．2天然高分子及其改性劑天然高分子絮凝劑的主要品種有淀粉及其淀粉衍生物、木質(zhì)素衍生物和甲殼質(zhì)衍生物三大類(lèi)。方忻蘭利用海蝦、蟹殼為原料，制得的殼聚糖為陰離子型天然有機(jī)高分子絮凝劑，用來(lái)處理印染廢水，COD去除率可達(dá)85％以上，形成的礬花顆粒大，沉降快。天然高分子絮凝劑通常使用農(nóng)副產(chǎn)品中的有機(jī)高分子物質(zhì)提取制得，價(jià)廉，易降解，但電荷密度較小，分子量較低，且易發(fā)生生物降解而失去絮凝活性，故使用范圍不廣。2．2．3人工合成的有機(jī)高分子絮凝劑人工合成的有機(jī)高分子絮凝劑，分子量大，分子鏈中所帶的官能團(tuán)多，在水中的伸展度大，絮凝性能好，用量小，pH值范圍廣。同時(shí)在絮凝過(guò)濾、脫水等分離操作方面都具有優(yōu)越的性能。高分子絮凝劑的品種主要有：聚丙烯酰胺、聚烯酸、聚二甲基二丙基氯銨、聚胺。與無(wú)機(jī)絮凝劑相比，高分子絮凝劑具有多種優(yōu)點(diǎn)：(1)高分子絮凝劑一般為具有數(shù)萬(wàn)乃至數(shù)千萬(wàn)分子量的水溶性高分子，在其細(xì)長(zhǎng)的分子中，有許多官能團(tuán)。這種官能團(tuán)在中和粒子表面電荷同時(shí)，能使粒子間牢固結(jié)合，從而生成穩(wěn)定的凝絮。(2)由高分子絮凝劑生成的凝絮，其成長(zhǎng)速度快，且體積較大，因此可縮短處理時(shí)間。(3)無(wú)機(jī)絮凝劑對(duì)pH值有高度依賴(lài)性，而高分子絮凝劑的作用則較穩(wěn)定。當(dāng)然，它們也有各自的最佳范圍，要避免不加區(qū)別地任意使用。(4)高分子絮凝劑的用量為被處理水的lxl0～10xl0就可充分發(fā)揮效果，其使用量少，凝絮脫水后殘?jiān)可?。?guó)外的研究學(xué)者合成的PAN．DOC型高分子混凝劑是目前被廣泛使用的合成高分子絮凝劑之一，它是由二氰二胺在堿性條件下對(duì)聚丙烯腈進(jìn)行了側(cè)鏈改性而合成，使不溶于水的聚丙烯腈變成水溶性的兩性聚電解質(zhì)。它含有多種活性基團(tuán)，對(duì)水溶性染料有較強(qiáng)的吸咐作用，對(duì)含活性染料、酸性染料的印染廢水的COD去除率達(dá)63％，色度去除率達(dá)90％以上。2．3生物絮凝劑我國(guó)南開(kāi)大學(xué)莊益源篩選了六株對(duì)染料廢水有較好的絮凝脫色作用的菌株，開(kāi)發(fā)了NAT型生物絮凝劑，對(duì)活艷藍(lán)NKR，酸性湖藍(lán)A，酸性品藍(lán)G的降解作用顯著。使用絮凝脫色法可以有效地除去廢水中不溶性染料或以膠體狀態(tài)存在的染料。但卻基本上不能除去水溶性染料。不過(guò)，若幾種絮凝劑并用，或采用復(fù)合絮凝劑通常可以有效地去除水溶性染料。3.結(jié)語(yǔ)活性炭吸附脫色技術(shù)不適合印染廢水的一級(jí)處理，只能用于深度脫色處理，活性炭處理成本高，再生困難。煤、爐渣吸附劑，原料來(lái)源廣，成本低，但處理印染廢水之后存在二次污染，所以只適合與生化法或砂過(guò)濾等方法聯(lián)合使用。近年來(lái)，人們研究較多的是有機(jī)絮凝劑，尤其是人工合成的有機(jī)高分子絮凝劑，它種類(lèi)繁多，具有優(yōu)異的性能，但是因價(jià)格、一些合成體中殘留單體的毒性等方面的限制，使其在應(yīng)用中受到制約，因此開(kāi)發(fā)研制價(jià)廉、無(wú)毒、高效的新型有機(jī)絮凝劑，已成為絮凝法的主要研究方向之一。另外，在應(yīng)