活性炭廢水處理的應(yīng)用

活性炭廢水處理的應(yīng)用摘要：本文主要從網(wǎng)絡(luò)上查詢及收集2004-2005年間學(xué)者們發(fā)表關(guān)于固體吸附劑在環(huán)境保護(hù)方面的文章，選取了活性炭在處理污水方面應(yīng)用的課題，并舉例說明，如：城市污水深度處理、活性炭吸附法處理染料廢水、生物活性炭技術(shù)在水處理中的應(yīng)用、草漿漂白廢水活性炭處理法。綜述活性炭應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景。

關(guān)鍵字：活性炭固體吸附劑廢水處理1.活性炭吸附法處理染料廢水紡織工業(yè)的發(fā)展帶動了染料生產(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.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,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,單獨(dú)使用活性炭處理較高濃度染料廢水的研究很少.本文采用活性炭吸附法直接處理三種模擬染料廢水,探求最佳處理工藝條件,為尋求活性炭吸附法處理染料廢水的新途徑提供相關(guān)研究基礎(chǔ).1-1活性炭量對染料廢水脫色率的影響為了確定最佳活性炭用量,取50mL初始濃度為250mg/L的酸性品紅、堿性品紅和活性黑B2133染料廢水在室溫下分別處理3.5、6、17h.染料廢水脫色率和活性炭量之間的變化曲線如圖4所示.當(dāng)在50mL酸性品紅、堿性品紅和活性黑B2133染料廢水中分別加入0.4、0.5、1.0g活性炭時,廢水的脫色率均達(dá)到97%以上,色度稀釋倍數(shù)不超過50倍,達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn),繼續(xù)增加活性炭用量,廢水的脫色率增加很少.因此,濃度為250mg/L的酸性品紅、堿性品紅、活性黑B2133染料廢水在室溫下的最佳活性炭用量分別為0.8%、1.0%、2.0%.在最佳脫色條件下進(jìn)行活性炭吸附實(shí)驗(yàn),測定吸附前后染料廢水的CODCr值.濃度為250mg/L的酸性品紅、堿性品紅和活性黑B2133染料廢水吸附前的CODCr分別為102.36mg/L、467.81mg/L和181.13mg/L,吸附后三種染料廢水的CODCr均小于50mg/L,達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn).酸性品紅廢水CODCr的去除率較差,為63.28%;堿性品紅和活性黑B2133廢水CODCr的去除率較高,分別為95.66%和84.62%.可見活性炭對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B2133廢水最難.染料廢水的脫色率隨溫度的升高而增加,pH值對染料廢水的脫色效果沒有太大的影響.活性炭量是影響染料廢水脫色率的主要因素,對濃度為250mg/L的酸性染料、堿性染料、活性黑B2133染料廢水,室溫下的最佳活性炭用量分別為0.8%、1.0%、2.0%.在最佳的吸附工藝條件下,酸性品紅、堿性品紅和活性黑B2133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)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn).考慮到分離出的活性炭仍具有部分吸附能力,而且活性炭價格貴.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.染料廢水的脫色是急待解決的難題,因此對染料廢水脫色的研究具有現(xiàn)實(shí)意義.本文可以為染料廢水的脫色研究提供參考.目前,活性炭的再生存在一定的局限性,限制了活性炭的應(yīng)用,如果再生問題得到解決,活性炭在處理染料廢水中的應(yīng)用會更加廣泛.2.城市污水深度處理方法城市污水深度處理也稱高級處理或三級處理,一般是污水回用必須的處理工藝。它是將二級處理出水再進(jìn)一步進(jìn)行物理化學(xué)和生物處理,以便有效去除污水中各種不同性質(zhì)的雜質(zhì),從而滿足用戶對水質(zhì)的使用要求。深度處理有多種方法,活性炭法應(yīng)用常見的有以下幾種。2-1活性炭吸附法由于活性炭具有極大的比表面積,在水的深度處理中是應(yīng)用最廣泛最有效的方法?；钚蕴靠捎行У厝コ?、臭味,能除去水中大多數(shù)的有機(jī)污染物和某些無機(jī)物,包括某些有毒的重金屬,消毒副產(chǎn)物及其前質(zhì),許多脂類和芳烴化合物?；钚蕴刻幚砑夹g(shù)占地少,易于自動控制,對水量、水質(zhì)、水溫變化適應(yīng)性強(qiáng),飽和炭可再生使用,是一種具有廣闊應(yīng)用前景的深度給水處理技術(shù)。但是活性炭吸附對大部分極性短鏈含氧有機(jī)物不能去除,同時再生活性炭很難就近迅速處理,這就需要有備用設(shè)備或材料進(jìn)行循環(huán)使用。2-2臭氧生物活性碳吸附法利用臭氧預(yù)氧化作用,初步氧化分解水中有機(jī)物及其他還原性物質(zhì),以降低生物活性炭濾池的有機(jī)復(fù)合,同時臭氧氧化能使水中單一生物降解的有機(jī)物斷鏈、開環(huán),使它能夠生物降解。另外,臭氧還能起到?jīng)_氧作用,使生物活性炭濾池有充足的溶解氧用于生物氧化。同時它又有自己的局限性,由于活性炭在凈水技術(shù)中主要表現(xiàn)為物理吸附,所以進(jìn)水濃度濁度較高時活性炭微孔極易被堵塞。如果進(jìn)水中有機(jī)物過高會縮短活性炭運(yùn)行周期,同時去除率下降。生物活性炭一般采用自然掛膜方式,所需時間較長,最佳工作溫度為20～30℃,進(jìn)水pH值對大多數(shù)細(xì)菌、藻類、原生生物的生長極為重要,一般其最佳pH值為6.5～7.5,消化單包菌pH為7.5～8。這些條件增加了預(yù)處理的強(qiáng)度。3.草漿造紙廠廢水總有機(jī)氯的去除和控制-----活性污泥法對以麥草為原料的某造紙廠廢水處理設(shè)施進(jìn)行研究,其廢水處理流程下圖。某麥草漿造紙廠廢水處理流程該廠的處理流程采用的是傳統(tǒng)的活性污泥法,曝氣池為完全混合流體。研究期間,廢水量控制在250m3/h左右,曝氣池水力停留時間15h,曝氣池污泥負(fù)荷為BOD50112～0125kg/kg·d(MLSS),DO為115～3mg/L。研究期間,取樣點(diǎn)1的CODCr濃度在1000～2000mg/L,BOD5在280～450mg/L;取樣點(diǎn)2的CODCr濃度在390～800mg/L,BOD5在8～22mg/L;CODCr和BOD5去除效率分別達(dá)到55%和95%。處理后,AOX含量見表5。從表5的數(shù)據(jù)分析可知,活性污泥法對AOX的去除效率可達(dá)50%。Stuthridge等[4]對造紙廢水活性污泥法的研究發(fā)現(xiàn),被去除的AOX只有少量留在污泥里,而99%的AOX被轉(zhuǎn)化成無機(jī)氯。JanA1Oleszkiewicz[5]等的研究表明,活性污泥法在短的HRT和長的SRT能提高AOX的去除率。4.活性炭吸附性能的有效途徑及其在凈水處理、廢水處理方面的應(yīng)用研究活性炭的應(yīng)用活性炭作為優(yōu)良的吸附劑在飲水的凈化、廢水的深度處理、凈化方面有著廣泛的應(yīng)用。研究表明，活性炭主要對相對分子質(zhì)量小于3000，尤其是500--1000的有機(jī)物吸附作用較強(qiáng)。4-1水質(zhì)凈化活性炭在凈化給水方面不僅對色、嗅去除效果良好，而且對合成洗滌劑ABS、三鹵甲烷（THMs）、鹵代烴、游離氯也有較高的吸附能力，也能有效地去除幾乎無法分解的氨基甲酸酯類殺蟲劑等?；钚蕴磕苡行У厝コ械挠坞x氯和某些重金屬（如Hg、Sb、Sn、Cr）且不易產(chǎn)生二次污染，常用于家庭用水及飲用水的凈化處理工藝中。4-2污水處理活性炭在廢水處理方面的主要優(yōu)點(diǎn)是處理程度高、出水水質(zhì)穩(wěn)定。與其他方法配合使用可獲得質(zhì)量很高的出水水質(zhì)，甚至達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。劉紅等〔1〕發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2+的催化效果明顯優(yōu)于Cu2+，焦化廢水在經(jīng)3g/L的活性炭吸附后，再以.(1.5g/L的H2O2、0.4g/L的Fe2+進(jìn)行催化氧化，COD總?cè)コ士蛇_(dá)96.3%。宋志文等〔2〕采用生物活性炭法處理低濃度甲醇廢水，利用活性炭的吸附作用和生物膜的降解作用，處理效果明顯好于樹脂和單純活性炭吸附。在其最佳運(yùn)行條件下，當(dāng)甲醇的質(zhì)量濃度為11.1-23.1mg/L時，去除率大于90%。陳穎等〔3.〕用載鎳活性炭對含活性紅

X-3B廢水進(jìn)行處理，去除率能達(dá)到98.74%以上，較不加金屬的活性炭去除率提高30%。XieQiang等〔4〕也研究發(fā)現(xiàn)，活性炭經(jīng)硝酸改性后再負(fù)載硝酸銅進(jìn)行二次活化制備高性能活性炭，可使硝酸銅的催化性能得到進(jìn)一步的提升?；钚蕴繂为?dú)使用也有特殊的效用。A.Fortuny等〔5〕研究發(fā)現(xiàn)，活性炭在催化濕式氧化傳統(tǒng)污水廠不能處理的含酚廢水方面是有希望的替代品。在與其他金屬催化劑的240h對比測試中，不負(fù)載任何金屬的活性炭表現(xiàn)出最高的酚轉(zhuǎn)化能力。研究表明，低灰分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.75%）活性炭在酚的濕式氧化中有催化效應(yīng)。在轉(zhuǎn)化酚的過程中，炭因燒失而逐漸消耗且炭表面積也減少了，這是其酚轉(zhuǎn)化能力從100%下降到10d后的48%的原因。目前科學(xué)家正重點(diǎn)研究尋找合適的酚氧化條件，以避免炭的消耗。5.存在的問題及今后的發(fā)展方向活性炭在環(huán)保方面繼續(xù)發(fā)揮重要作用的同時，人們已將活性炭與儲氣（CH4/、H2）、膜分離、化工分離、分析傳感器和生物機(jī)體聯(lián)系起來，這些研究領(lǐng)域的開發(fā)為活性炭產(chǎn)品提供了新的生命力，也為活性炭的研制提出了新的要求?；钚蕴康难兄茟?yīng)適應(yīng)于應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，所以有針對性地研制具有特殊吸附性能的活性炭成為重要的研究方向之一?；钚蕴课綑C(jī)理還有待深入研究。表面官能團(tuán)或微晶晶格缺陷與其吸附能力的關(guān)系的研究還沒有突破性進(jìn)展。目前，關(guān)于活性炭對水中無機(jī)物吸附機(jī)理的研究還很少，對有機(jī)物的吸附機(jī)理也不完善，應(yīng)進(jìn)一步研究。生產(chǎn)規(guī)模小、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、資源浪費(fèi)等問題也限制了本行業(yè)的發(fā)展。參考文獻(xiàn)：1.《活性炭吸附法處理染料廢水》張小璇,葉李藝(廈門大學(xué)化學(xué)工程與生物工程系,福建廈門)2.《城市污水深度處理及回用》薛飛、胡志光、常愛玲(華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院河北保定)3.《關(guān)于草漿漂白廢水中有機(jī)氯化物的研究》宋云、程言君、王潔、洪曉華

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