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活性炭在廢水處理中的應(yīng)用1前言

由于大量污水的排放，我國的許多河川、湖泊等水域都受到了嚴(yán)重的污染。水污染防治已成為我國最緊迫的環(huán)境問題之一。水污染的處理有多種方法，其中吸附法是采用多孔性的固體吸附劑，利用同一液相界面上的物質(zhì)傳遞，使廢水中的污染物轉(zhuǎn)移到固體吸附劑上，從而使之從廢水中分離去除的方法。具有吸附能力的多孔固體物質(zhì)稱為吸附劑。根據(jù)吸附劑表面吸附力的不同，可分為物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換性吸附。在廢水處理中所發(fā)生的吸附過程往往是幾種吸附作用的綜合表現(xiàn)。廢水中常用的吸附劑有活性炭、磺化煤、沸石等。本文暫且討論活性炭在廢水處理中的應(yīng)用

2活性炭吸附法處理各種廢水

2.1活性炭吸附法處理印染廢水

2.1.1萃?。钚蕴课椒ㄌ幚鞤MF廢水[1]

N,N-二甲基甲酰胺（DMF）是一種常用的化工熔劑，被廣泛應(yīng)用于聚氨酯合成革工業(yè)及醫(yī)藥、農(nóng)藥等行業(yè)。由于DMF在制革生產(chǎn)中被大量用作熔劑使用，生產(chǎn)所排放的廢水中含有較高濃度的DMF。

處理DMF廢水的方法有：活性炭吸附－二氯甲烷再生法、化學(xué)水解法和生化法?；瘜W(xué)水解法與生化法都只是破壞DMF而沒有回收DMF，處理成本較高，尤其不適用于處理較高濃度的DMF廢水。對(duì)于高濃度DMF（近100g/L）的制革廢水，目前工廠多采用直接精餾處理，分離DMF與水，回收的DMF回用于生產(chǎn)。但該法能耗較高，當(dāng)廢水中DMF濃度較低（如小于50g/L）時(shí)，回收成本將大幅度增加。

清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院采用熔劑萃?。钚蕴课椒?，處理制革廠的高濃度DMF廢水（DMF質(zhì)量濃度為93.4g/L），用三氯甲烷（CHCl3）萃取廢水中的DMF，萃取液經(jīng)精餾分離回收DMF和萃取劑。研究了CHCl3對(duì)DMF的萃取效果、活性炭對(duì)萃余液的動(dòng)態(tài)吸附性能、用熔劑CH2Cl2再生活性炭的效果和反復(fù)再生后活性炭的吸附效能。結(jié)果表明，用CHCl35級(jí)逆液萃取后，萃余液中的DMF降到1.33g/L，萃取率達(dá)96.8%。萃取液經(jīng)精餾分離回收CHCl3和DMF。萃余液經(jīng)活性炭吸附后COD可降到100mg/L以下。精餾過程的能耗及設(shè)備投資大大降低，全過程的總投資與老方法相當(dāng)，而成本降低50％左右。經(jīng)CHCl3萃取后的制革廢水用活性炭吸附法深度凈化處理，出水達(dá)國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。飽和活性炭經(jīng)CH2Cl2洗脫、160℃空氣活化后，其吸附性能和數(shù)量基本不變，可反復(fù)使用。

2.1.2活性炭吸附法處理染料廢水

紡織工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了染料生產(chǎn)的發(fā)展。調(diào)查表明,全世界每年生產(chǎn)的染料超過70萬噸，其中的2%直接進(jìn)入水體以廢水的形式排出,10%在隨后的紡織染色過程中損失[2,3]。染料廢水成分復(fù)雜，水質(zhì)變化大，色度深，濃度大，處理困難.染料廢水的處理方法很多，主要有氧化、吸附、膜分離、絮凝、生物降解等。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中吸附法是利用吸附劑對(duì)廢水中污染物的吸附作用去除污染物.吸附劑是多孔性物質(zhì)，具有很大的比表面積.活性炭是目前最有效的吸附劑之一，能有效地去除廢水的色度和COD.活性炭處理染料廢水在國內(nèi)外都有研究[4,5]，但大多數(shù)是和其它工藝耦合，其中活性炭吸附多用于深度處理或?qū)⒒钚蕴孔鳛檩d體和催化劑[6,7]，單獨(dú)使用活性炭處理較高濃度染料廢水的研究很少。

活性炭對(duì)染料廢水有良好的脫色效果.酸性品紅廢水的脫色最容易,堿性品紅廢水次之，活性黑B133廢水最難.染料廢水的脫色率隨溫度的升高而增加，pH值對(duì)染料廢水的脫色效果沒有太大的影響。在最佳的吸附工藝條件下,酸性品紅、堿性品紅和活性黑B133染料廢水的脫色率均超過97%，出水的色度稀釋倍數(shù)不大于50倍，COD小于50mg/L，達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到分離出的活性炭仍具有部分吸附能力，而且活性炭價(jià)格貴。因此，可以利用這些活性炭處理染料廢水使其達(dá)到較低的中間濃度，然后再用新的活性炭使處于中間濃度的染料廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，以便減小成本[8]。工程實(shí)際案例分析：活性炭處理含鉻廢水處理技術(shù)關(guān)鍵詞：含鉻廢水來源危害處理方法一、電鍍廢水的來源：1、清洗：為了防止電鍍過程中對(duì)下一種溶液的污染，避免溶液的成分或Ph值等的變化，保證鍍件的使用性能，避免在制件上生成難以除去的物質(zhì)，所以要進(jìn)行清洗。而清洗是電鍍廢水的最主要來源。2、鍍液過濾，為了保證鍍液性能及鍍層質(zhì)量，必須保證鍍液的清潔，所以要進(jìn)行鍍液的過濾。3、在電鍍操作過程中，常帶有鍍液及處理液的帶出，由于掛具設(shè)計(jì)不合理、裝掛方式不考究、操作時(shí)不在槽子上方停留，增加鍍液的帶出量。4、溶液的廢棄：在電鍍生產(chǎn)過程中所采用的許多溶液都有一定的壽命，要對(duì)溶液進(jìn)行更換。二、電鍍廢水的危害：酸堿廢水：排水江河危害水中微生物的生活，而影響水質(zhì)，排入農(nóng)田會(huì)破壞土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)影響土壤肥力及透力、蓄水性，影響農(nóng)作物的生長，魚類、牲畜等食用了酸堿費(fèi)水，對(duì)其肉質(zhì)、乳汁將產(chǎn)生影響，危害人體健康，滲入地下后，影響工業(yè)生產(chǎn)。含氰廢水：氫氰酸和氰化物能通過皮膚、肺、胃，特別是從粘膜呼吸進(jìn)入體內(nèi)，與三價(jià)鐵離子絡(luò)合和含鐵呼吸酶結(jié)合，引起組織的呼吸麻痹，造成窒息死亡。含鉻廢水：含鉻廢水可以有致癌的作用，對(duì)人體的皮膚有危害，對(duì)呼吸系統(tǒng)有損害作用。三、處理方法：化學(xué)法處理含鉻廢水：沉淀法：是使溶液中含有的離子狀物質(zhì)變?yōu)樾碌墓腆w物而分離出去的方法。氧化還原法：在化學(xué)反應(yīng)中若發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移，即原子或離子的氧化數(shù)發(fā)生了變化則為氧化還原法。渡槽回收槽渡槽回收槽鍍件方向清洗槽123過濾槽泵流量計(jì)活性炭柱活性炭柱補(bǔ)給水活性炭吸附處理含鉻廢水的工藝參數(shù)：活性炭吸附處理的工藝參數(shù)包括pH值、吸附容量、炭層高度、濾速和阻力損失等。pH值：pH值是活性炭吸附處理含鉻廢水的主要工藝條件，一般控制pH=3.5～4.5。當(dāng)pH＜2時(shí)，活性炭將Cr6+全部還愿為Cr3+，活性炭對(duì)Cr3+無吸附作用；當(dāng)pH=8～12時(shí)，活性炭對(duì)Cr3+幾乎不吸附。吸附容量：活性炭的工作吸附容量和飽和吸附量，是指對(duì)某一選定的炭層高度，在一定的工作條件下出水分別達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)和出水中Cr6+濃度達(dá)到進(jìn)水濃度的90%~95%時(shí)，單位吸附劑所能吸附水中Cr6+的質(zhì)量。一般平均工作吸附容量q=10～20g/L，飽和吸附容量q飽=30g/L。炭層高度:炭層高度一般采用3～4m。吸附設(shè)備的高度可以分段，串聯(lián)工作，以便于制造、安裝。炭層上部應(yīng)有0.2～0.3m的空間高度。濾速和阻力損失:活性炭吸附處理含鉻廢水的濾速為10～12m/h。廢水通過1m活性炭層（床）的阻力損失為0.6～0.7m。5、二氧化硫法：采用而氧化硫作還原劑處理高濃度大流量的含鉻廢水，除鉻效果良好，進(jìn)水的六價(jià)鉻質(zhì)量濃度為90.0~430.8mg/L，經(jīng)還原、沉淀處理后，出水中六價(jià)鉻質(zhì)量濃度在0.5mg/L以下。根據(jù)廢水性質(zhì)及排水要求，可采用三級(jí)還原、中和、反應(yīng)、沉淀的工藝流程，沉淀后的污泥濃縮池濃縮后進(jìn)壓濾機(jī)脫水，干污泥外運(yùn)。工藝流程:含鉻廢水含鉻廢水調(diào)節(jié)池還原罐貯水槽還原罐貯水槽還原罐中和槽反應(yīng)槽沉淀池出水尾氣吸收塔堿液廢水堿液濃縮池壓濾機(jī)干污泥外運(yùn)發(fā)生爐二氧化硫NaOH溶液尾氣

其他工藝處理含鉻電鍍廢水：粉煤灰活性炭處理含鉻電鍍廢水

據(jù)統(tǒng)計(jì),我國每年排出的電鍍廢水約為40×108ｍ3[9],其中不僅含有氰化物等劇毒成分,而且含有鉻、鋅、銅、鎳等金屬離子。鉻是電鍍中用量較大的一種金屬原料,在廢水中六價(jià)鉻隨pH值的不同分別以CrO2-4,HCrO-4,Cr2O2-7等形式存在。研究發(fā)現(xiàn),六價(jià)鉻有致癌的危害,其毒性比三價(jià)鉻強(qiáng)100倍。含鉻電鍍廢水的處理方法很多,主要有化學(xué)沉淀法、活性炭法、電解法和膜處理法等活性炭法中以粉煤灰活性炭為吸附劑、還原劑對(duì)含Cr(Ⅵ)的電鍍廢水進(jìn)行了處理。

pH值對(duì)吸附量和去除率有較大影響,pH值為3左右時(shí)吸附量達(dá)到最大,Cr(Ⅵ)去除效果最好,pH值過高或過低時(shí),粉煤灰活性炭對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附能力較低。

吸附時(shí)間對(duì)吸附量和去除率有一定的影響,隨著時(shí)間延長,吸附量和去除率均增大,當(dāng)時(shí)間為1.5ｈ時(shí),吸附基本完全,時(shí)間進(jìn)一步延長,吸附量和去除率雖然增加但不明顯。

被活性炭吸附的Cr(Ⅵ),經(jīng)化學(xué)還原生成Cr3+,在酸性條件下Cr3+與活性炭脫附,因而可以使活性炭再生,其再生的方法是用5%的H2SO4溶液浸泡活性炭,使Cr3+完全解吸,然后用水沖洗、干燥。再生后的活性炭對(duì)Cr(Ⅵ)的去除效果略有下降。Cr3+溶液用堿中和生成Cr(OH)3,Cr(OH)3可回收利用,防止二次污染[10]。

2.3活性炭吸附-電化學(xué)高級(jí)氧化再生法處理難降解有機(jī)污染物

含有芳香化合物等有毒難降解污染物的廢水，因其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可生化性差，常規(guī)處理方法難以致效，成為當(dāng)前我國水處理領(lǐng)域重點(diǎn)需要解決的技術(shù)難題。高級(jí)氧化技術(shù)和活性炭（AC）吸附則是研究較為廣泛的兩種處理方法。

近年來，電化學(xué)高級(jí)氧化技術(shù)作為一種新發(fā)展的高級(jí)氧化技術(shù)因其處理效率高、操作簡便、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，引起極大關(guān)注[11-13]。它通過電極反應(yīng)產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的羥基自由基有效降解污染物。研究表明[14]，當(dāng)有機(jī)污染物濃度較低時(shí)，傳質(zhì)將成為控制因素，導(dǎo)致降解過程僅發(fā)生在陽極表面而很少在溶液主體，并且因降解中間產(chǎn)物的滯留導(dǎo)致陽極毒化[15]。從而降低了處理效果。另一方面，活性炭因其極強(qiáng)的吸附能力在廢水處理中獲得廣泛的應(yīng)用。但其成本高，且易吸附飽和，若不進(jìn)行再生回收不僅不經(jīng)濟(jì)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。常用的再生方法如熱再生和化學(xué)法再生法等。需高溫或高壓條件，費(fèi)用高[16]。最近，電化學(xué)再生法因其了研究者的注意，在常溫常壓下其再生效率可達(dá)85％[17]。但目前報(bào)道的電化學(xué)再生方法時(shí)間長達(dá)5h[18]，主要原因是：（1）采用石墨等常規(guī)電極，不易產(chǎn)生羥基自由基等活性物種，氧化性欠強(qiáng)，導(dǎo)致再生不