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活性炭在廢水處理中的應用
  1 前言
由于大量汙水的排放,我國的許多河川、湖泊等水域都受到了嚴重的汙染。水汙染防治已成爲我國最緊迫的環境問題之一。水汙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傳遞,使廢水中的汙染物轉移到固體吸附劑上,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稱爲吸附劑。根據吸附劑表面吸附力的不同,可分爲物理吸附、化學吸附和離子交換性吸附。在廢水處理中所發生的吸附過程往往是幾種吸附作用的綜合表現。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 萃取-活性炭吸附法處理DMF廢水[1]
N,N-二甲基甲酰胺(DMF)是一種常用的化工熔劑,被廣泛應用于聚氨酯合成革工業及醫藥、農藥等行業。由于DMF在制革生産中被大量用作熔劑使用,生産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、化學水解法和生化法。化學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回用于生産。但該法能耗較高,當廢水中DMF濃度較低(如小于50g/L)時,回收成本將大幅度增加。
清華大學核能技術設計研究院采用熔劑萃取-活性炭吸附法,處理制革廠的高濃度DMF廢水(DMF質量濃度爲93.4g/L),用三氯甲烷(CHCl3)萃取廢水中的DMF,萃取液經精餾分離回收DMF和萃取劑。研究了CHCl3對DMF的萃取效果、活性炭對萃余液的動態吸附性能、用熔劑CH2Cl2再生活性炭的效果和反複再生後活性炭的吸附效能。結果表明,用CHCl3 5級逆液萃取後,萃余液中的DMF降到1.33g/L,萃取率達96.8%。萃取液經精餾分離回收CHCl3和DMF。萃余液經活性炭吸附後COD可降到100mg/L以下。精餾過程的能耗及設備投資大大降低,全過程的總投資與老方法相當,而成本降低50%左右。經CHCl3萃取後的制革廢水用活性炭吸附法深度淨化處理,出水達國家一級排放標准。飽和活性炭經CH2Cl2洗脫、160℃空氣活化後,其吸附性能和數量基本不變,可反複使用。
2.1.2 活性炭吸附法處理染料廢水
紡織工業的發展帶動了染料生産的發展。調查表明,全世界每年生産的染料超過70萬噸,其中的2%直接進入水體以廢水的形式排出,10%在隨後的紡織染色過程中損失[2,3]。染料廢水成分複雜,水質變化大,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。這些方法各有優缺點,其中吸附法是利用吸附劑對廢水中汙染物的吸附作用去除汙染物.吸附劑是多孔性物質,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外都有研究[4,5],但大多數是和其它工藝耦合,其中活性炭吸附多用于深度處理或將活性炭作爲載體和催化劑[6,7],單獨使用活性炭處理較高濃度染料廢水的研究很少。
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B 133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。在最佳的吸附工藝條件下,酸性品紅、堿性品紅和活性黑B 133染料廢水的脫色率均超過97%,出水的色度稀釋倍數不大于50倍,COD小于50mg/L,達到國家一級排放標准。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到較低的中間濃度,然後再用新的活性炭使處于中間濃度的染料廢水達到排放標准,以便減小成本[8]。
2.2粉煤灰活性炭處理含鉻電鍍廢水
據統計,我國每年排出的電鍍廢水約爲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,在廢水中六價鉻隨pH值的不同分別以CrO2-4,HCrO-4, Cr2O2-7等形式存在。研究發現,六價鉻有致癌的危害,其毒性比三價鉻強100倍。含鉻電鍍廢水的處理方法很多,主要有化學沈澱法、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爲吸附劑、還原劑對含Cr (Ⅵ)的電鍍廢水進行了處理。
pH值對吸附量和去除率有較大影響, pH值爲3左右時吸附量達到最大, Cr (Ⅵ)去除效果最好, pH值過高或過低時,粉煤灰活性炭對Cr (Ⅵ)的吸附能力較低。
吸附時間對吸附量和去除率有一定的影響,隨著時間延長,吸附量和去除率均增大,當時間爲1.5h時,吸附基本完全,時間進一步延長,吸附量和去除率雖然增加但不明顯。
被活性炭吸附的Cr (Ⅵ),經化學還原生成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,然後用水衝洗、幹燥。再生後的活性炭對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,防止二次汙染[10]。
2.3 活性炭吸附-電化學高級氧化再生法處理難降解有機汙染物
含有芳香化合物等有毒難降解汙染物的廢水,因其結構穩定,可生化性差,常規處理方法難以致效,成爲當前我國水處理領域重點需要解決的技術難題。高級氧化技術和活性炭(AC)吸附則是研究較爲廣泛的兩種處理方法。
近年來,電化學高級氧化技術作爲一種新發展的高級氧化技術因其處理效率高、操作簡便、環境友好等優點,引起極大關注[11-13]。它通過電極反應産生氧化能力很強的羥基自由基有效降解汙染物。研究表明[14],當有機汙染物濃度較低時,傳質將成爲控制因素,導致降解過程僅發生在陽極表面而很少在溶液主體,並且因降解中間産物的滯留導致陽極毒化[15]。從而降低了處理效果。另一方面,活性炭因其極強的吸附能力在廢水處理中獲得廣泛的應用。但其成本高,且易吸附飽和,若不進行再生回收不僅不經濟還會對環境造成汙染。常用的再生方法如熱再生和化學法再生法等。需高溫或高壓條件,費用高[16]。最近,電化學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85%[17]。但目前報道的電化學再生方法時間長達5h[18],主要原因是:(1)采用石墨等常規電極,不易産生羥基自由基等活性物種,氧化性欠強,導致再生不徹底。(2)再生裝置很少考慮傳質,導致再生時間長。
基于上述研究背景,提出拉將活性炭吸附和電化學高級氧化集于一體的新型“相轉移”廢水處理方法。首先將有機汙染物通過活性炭流化床快速吸附。然後通過床內特制的電化學裝置實現活性炭現場再生,從而使得轉移到活性炭上的有機汙染物降解,而活性炭再生後能保證該體系的反複運行。
目前,活性炭的再生存在一定的局限性,限制了活性炭的應用,如果再生問題得到解決,活性炭在處理廢水中的應用會更加廣泛。
廢水處理 廢水處理中的曝氣
 
 
 
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