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活性炭吸附法在水處理中的應用
活性炭吸附法在水處理中的應用

   據統計,我國每年排出的工業廢水約為8×108m3,其中不僅含有氰化物等劇毒成分,而且含有鉻、鋅、鎳等金屬離子。廢水的處理方法很多,主要有化學沉澱法、電解法和膜處理法等,本文介紹的是活性炭吸附法。活性炭的表麵積巨大,有很高的物理吸附和化學吸附功能。因此活性炭吸附法被廣泛應用在廢水處理中。而且具有效率高,效果好等特點。

活性炭

   活性炭是一種經特殊處理的炭,具有無數細小孔隙,表麵積巨大,每克活性炭的表麵積為500-1500平方米。活性炭有很強的物理吸附和化學吸附功能,而且還具有解毒作用。解毒作用就是利用了其巨大的麵積,將毒物吸附在活性炭的微孔中,從而阻止毒物的吸收。同時,活性炭能與多種化學物質結合,從而阻止這些物質的吸收。

   活性炭的分類

   生產中應用的活性炭種類有很多。一般製成粉末狀或顆粒狀。

   粉末狀的活性炭吸附能力強,製備容易,價格較低,但再生困難,一般不能重複使用。

   顆粒狀的活性炭價格較貴,但可再生後重複使用,並且使用時的勞動條件較好,操作管理方便。因此在水處理中較多采用顆粒狀活性炭[1]。

   活性炭吸附

   活性炭吸附是指利用活性炭的固體表麵對水中的一種或多種物質的吸附作用,以達到淨化水質的目的。

   影響活性炭吸附的因素

   吸附能力和吸附速度是衡量吸附過程的主要指標。吸附能力的大小是用吸附量來衡量的。而吸附速度是指單位重量吸附劑在單位時間內所吸附的物質量。在水處理中,吸附速度決定了汙水需要和吸附劑接觸時間。

   活性炭的吸附能力與活性炭的孔隙大小和結構有關。一般來說,顆粒越小,孔隙擴散速度越快,活性炭的吸附能力就越強。

   汙水的pH值和溫度對活性炭的吸附也有影響。活性炭一般在酸性條件下比在堿性條件下有較高的吸附量。吸附反應通常是放熱反應,因此溫度低對吸附反應有利。

   當然,活性炭的吸附能力與汙水濃度有關。在一定的溫度下,活性炭的吸附量隨被吸附物質平衡濃度的提高而提高。

   活性炭在汙水處理中的應用

   由於活性炭對水的預處理要求高,而且活性炭的價格昂貴,因此在廢水處理中,活性炭主要用來去除廢水中的微量汙染物,以達到深度淨化的目的。

   活性炭處理含鉻廢水

   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值的不同分別以不同的形式存在。

   活性炭有非常發達的微孔結構和較高的比表麵積,具有極強的物理吸附能力,能有效地吸附廢水中的Cr(Ⅵ)。活性炭的表麵存在大量的含氧基團如羥基(-OH)、羧基(-COOH)等,它們都有靜電吸附功能,對Cr(Ⅵ)產生化學吸附作用。完全可以用於處理電鍍廢水中的Cr(Ⅵ),吸附後的廢水可達到國家排放標準。

   試驗表明:溶液中Cr(Ⅵ)質量濃度為50mg/L,pH=3,吸附時間1.5h時,活性炭的吸附性能和Cr(Ⅵ)的去除率均達到較佳效果。

   因此,利用活性炭處理含鉻廢水的過程是活性炭對溶液中Cr(Ⅵ)的物理吸附、化學吸附、化學還原等綜合作用的結果。活性炭處理含鉻廢水,吸附性能穩定,處理效率高,操作費用低,有一定的社會效益和經濟效益。

   活性炭處理含氰廢水

   在工業生產中,金銀的濕法提取、化學纖維的生產、煉焦、合成氨、電鍍、煤氣生產等行業均使用氰化物或副產氰化物,因而在生產過程中必然要排放一定數量的含氰廢水。

   活性炭用於淨化廢水已有相當長的曆史,應用於處理含氰廢水的文獻報道也越來越多。但由於CN_、HCN在活性炭上的吸附容量小,一般為3mgCN/gAC~8mgCN/gAC(因品種而異),在處理成本上不合算。

   活性炭處理含汞廢水

   活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能,但吸附能力有限,隻適宜於處理含汞量低的廢水。如果含汞的濃度較高,可以先用化學沉澱法處理,處理後含汞約1mg/L,高時可達2-3mg/L,然後再用活性炭做進一步的處理。

活性炭處理含酚廢水

含酚廢水廣泛來源於石油化工廠、樹脂廠、焦化廠和煉油化工廠。經實驗證明:活性炭對苯酚的吸附性能好,溫度升高不利於吸附,使吸附容量減小;但升高溫度達到吸附平衡的時間縮短。活性炭的用量和吸附時間存在較佳值,在酸性和中性條件下,去除率變化不大;強堿性條件下,苯酚去除率急劇下降,堿性越強,吸附效果越差。

   活性炭處理含甲醇廢水

   活性炭可以吸附甲醇,但吸附能力不強,隻適宜於處理含甲醇量低的廢水。工程運行結果表明,可將混合液的COD從40mg/L降至12mg/L以下,對甲醇的去除率達到93。16%~100%,其出水水質可以滿足回用到鍋爐脫鹽水係統進水的水質要求。

   煉油廠的深度處理

   煉油廠含油廢水,經隔油,氣浮和生物處理後,在經砂濾和活性炭過濾深度處理。廢水的含酚量從0.1mg/L(經生物處理後)降至0.005mg/L,氰從0.19mg/L降至0.048mg/L,COD從85mg/L降至18mg/L。

前景

   隨著科學技術的進步和廢水處理的特殊要求,活性炭的研究從本身的孔結構和比表麵積逐步發展到研究表麵官能團對活性炭吸附性能的影響。

   例如,活性炭纖維(簡稱ACF)近年來在處理廢水方麵受到了科研工作者的重視,它的直徑一般為5~20μm,其製備原理與傳統的活性炭製備相同,即將纖維狀碳在800℃以上用水蒸氣或二氧化碳活化處理。纖維狀活性炭的孔隙結構以微孔為主,中孔很少,幾乎沒有大孔,比表麵積可達2500m2/g。具有吸附和脫附速率決,吸附容量大,導電性高等特點。

實驗表明,ACF對苯酚的吸附容量為248mg/g,吸附飽和後經多次再生吸附容量幾乎不變,吸附性能比活性炭好。室溫時,在酸性或中性條件下,向100mL濃度為282mg/L的含酚模擬廢水投加活性炭纖維0.5g,恒溫振蕩30min,苯酚去除率可達91%。

   最近,人們發現活性炭不僅有吸附特性,同時表現出催化特性,由此而發展起來的催化氧化法日益受到重視,其研究也在不斷深化。為了提高處理效率,從研究催化氧化機理出發,改變活性炭的表麵結構[9],提高活性炭的能力,尋找理想的吸附劑。

   結語

   當前中國使用活性炭吸附法處理廢水的方法處於初始發展階段。一些有關的理論和技術還不夠成熟。而且,在我國,目前活性炭的供應比較緊張,再生設備少,再生費用高,限製了活性炭的廣泛使用。不同應用需要不同功能的活性炭。原有的活性炭產品不能滿足新的要求,因而不斷開發新的活性炭產品就顯得十分重要。所以,它需要專業工作者的積極參與和政府的鼎力支持,采取多學科交叉與融合的研究方法,使活性炭處理廢水技術向著更加科學美好的方向發展。


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