1.前言

我國是水資源嚴(yán)重緊缺同時又是水資源嚴(yán)重浪費的國家, 而隨著城市化進程的加快, 城市工業(yè)廢水和生活廢水污染問題日益嚴(yán)重, 加強污水處理特別是工業(yè)廢水的處理顯得尤為重要。據(jù)統(tǒng)計, 我國每年排出的工業(yè)廢水約為8×10⁸m³, 其中不僅含有氰化物、氯酚等劇毒成分, 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(xué)沉淀法、電解法和膜處理法等[1], 本文介紹的是活性炭吸附法�；钚蕴康谋砻娣e巨大, 有很高的物理吸附和化學(xué)吸附功能, 因此活性炭吸附法被廣泛應(yīng)用在廢水處理中, 而且具有效率高, 效果好等特點。

2.活性炭

活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭, 具有無數(shù)細(xì)小孔隙, 表面積巨大, 每克活性炭的表面積為500- 1500m²。活性炭有很強的物理吸附和化學(xué)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面積, 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(xué)物質(zhì)結(jié)合, 從而阻止這些物質(zhì)的吸收。

2.1 活性炭的分類在生產(chǎn)中應(yīng)用的活性炭種類有很多, 一般制成粉末狀或顆粒狀。粉末狀的活性炭吸附能力強, 制備容易, 價格較低, 但再生困難, 一般不能重復(fù)使用。顆粒狀的活性炭價格較貴, 但可再生后重復(fù)使用, 并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[2]。

2.2 活性炭吸附活性炭吸附是指利用活性炭的固體表面對水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用, 以達到凈化水質(zhì)的目的。

2.3 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(biāo)[3]。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(nèi)所吸附的物質(zhì)量。在水處理中, 吸附速度決定了污水需要和吸附劑接觸時間�；钚蕴康奈侥芰εc活性炭的孔隙大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)。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。污水的pH 值和溫度對活性炭的吸附也有影響�；钚蕴恳话阍谒嵝詶l件下比在堿性條件下有較高的吸附量[4]。吸附反應(yīng)通常是放熱反應(yīng), 因此溫度低對吸附反應(yīng)有利。當(dāng)然, 活性炭的吸附能力與污水濃度有關(guān)。在一定的溫度下, 活性炭的吸附量隨被吸附物質(zhì)平衡濃度的提高而提高。

3.活性炭在污水處理中的應(yīng)用

由于活性炭對水的預(yù)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污染物, 以達到深度凈化的目的。

3.1 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�；钚蕴坑蟹浅０l(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)和較高的比表面積, 具有極強的物理吸附能力, 能有效地吸附廢水中的鉻�；钚蕴康谋砻娲嬖诖罅康暮趸鶊F如羥基( - OH) 、羧基( - COOH) 等, 它們都有靜電吸附功能, 對鉻產(chǎn)生化學(xué)吸附作用。完全可以用于處理電鍍廢水中的鉻, 吸附后的廢水可達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。試驗表明: 溶液中鉻質(zhì)量濃度為50mg/L, pH=3, 吸附時間1.5h 時, 活性炭的吸附性能和鉻的去除率均達到最佳效果[6]。因此, 利用活性炭處理含鉻廢水的過程是活性炭對溶液中鉻的物理吸附、化學(xué)吸附、化學(xué)還原等綜合作用的結(jié)果�；钚蕴刻幚砗t廢水, 吸附性能穩(wěn)定, 處理效率高, 操作費用低, 有一定的社會效益和經(jīng)濟效益。

3.2 活性炭處理含氰廢水在工業(yè)生產(chǎn)中, 金銀的濕法提取、化學(xué)纖維的生產(chǎn)、煉焦、合成氨、電鍍、煤氣生產(chǎn)等行業(yè)均使用氰化物或副產(chǎn)氰化物[7], 因而在生產(chǎn)過程中必然要排放一定數(shù)量的含氰廢水�；钚蕴坑糜趦艋瘡U水已有相當(dāng)長的歷史, 應(yīng)用于處理含氰廢水的文獻報道也越來越多。但由于CN、HCN 在活性炭上的吸附容量小, 一般為3 mgCN/ gAC～8 mgCN/ gAC ( 因品種而異) [8], 在處理成本上不合算。 3.3 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, 只適宜于處理含汞量低的廢水。如果含汞的濃度較高, 可以先用化學(xué)沉淀法處理, 處理后含汞約1mg/L, 高時可達2- 3 mg/L, 然后再用活性炭做進一步的處理。

3.4 活性炭處理含酚廢水含酚廢水廣泛來源于石油化工廠、樹脂廠、焦化廠和煉油化工廠。經(jīng)實驗證明: 活性炭對苯酚的吸附性能好, 溫度升高不利于吸附, 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最佳值, 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。

3.5 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, 只適宜于處理含甲醇量低的廢水。工程運行結(jié)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(zhì)可以滿足回用到鍋爐脫鹽水系統(tǒng)進水的水質(zhì)要求[9]。

3.6 煉油廠的深度處理煉油廠含油廢水, 經(jīng)隔油、氣浮和生物處理后, 在經(jīng)砂濾和活性炭過濾深度處理。廢水的含酚量從0.1mg/L( 經(jīng)生物處理后) 降至0.005mg/L, 氰從0.19mg/L 降至0.048mg/L, COD 從 85mg/L 降至18mg/L。

3.7 活性炭處理含對氯苯酚的廢水對氯苯酚( P—chlorophenol) 別名對氯酚, 4—氯苯酚,相對分子量為128.56,對氯苯酚為白色針狀晶體, 工業(yè)品帶黃色或粉紅色。具有不愉快的刺激性氣味, 相對密度為 ( 40℃/4℃) 1.2651, 沸點為217℃, 熔點為42—43℃, 閃點為121℃, 微溶于水, 在水中溶解度為( 20℃) 27.1g/l, 易溶于苯、乙醇、乙醚、氯仿、堿溶液等, 1%的水溶液為酸性。對氯苯酚毒性強烈, 當(dāng)皮膚吸收或吸入、吞咽后都具有高毒性。對生物體組織有強烈刺激、易燃。對氯苯酚是嚴(yán)重的水源污染物質(zhì)。如若不能合理處理含對氯苯酚的廢水將對人們及其他生物構(gòu)成極大危害。因此, 該廢水的處理一直是水處理研究中被受關(guān)注的課題�，F(xiàn)實工業(yè)中含酚廢水的處理方法有化學(xué)法物化法及生化法, 吸附法等, 如酚醛縮聚法、化學(xué)氧化法、溶劑萃取法、絡(luò)合萃取法等。由于吸附法設(shè)備簡單、操作方便、凈化率高、吸附量大、可以得到純度較高的回收物, 并且再生容易能耗低等諸多優(yōu)點在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。

從環(huán)境和經(jīng)濟效益兩個角度出發(fā), 水處理技術(shù)應(yīng)考慮兼顧資源回收與廢水處理達標(biāo)排放兩個方面的問題。吸附是一種操作簡便、可實現(xiàn)廢水中有用資源回收利用、對高低濃度廢水均適用的物理化學(xué)方法, 但是如果吸附劑再生性能差、價格貴, 則很難在實際廢水處理中被普遍應(yīng)用。

4.應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)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(jié)構(gòu)和比表面積逐步發(fā)展到研究表面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面受到了科研工作者的重視, 它的直徑一般為5～20μm, 其制備原理與傳統(tǒng)的活性炭制備相同, 即將纖維狀碳在800℃以上用水蒸氣或二氧化碳活化處理�；钚蕴坷w維是利用炭纖維技術(shù)和活性炭技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來的一種新型炭質(zhì)吸附材料, 與顆粒狀活性炭相比具有比表面積大、微孔發(fā)達、孔徑分布窄、吸附速度快、吸附能力強和再生容易等特點。還兼有纖維的外型和特性能制成紗、線、布和氈等, 給工藝設(shè)備的簡化和工程上的使用帶來很大的簡便。所以活性炭纖維廣泛應(yīng)用于空氣凈化和廢水處理、制作化學(xué)防毒服和防毒面具、吸附放射形物質(zhì)及微生物、回收微量貴重金屬等林領(lǐng)域。纖維狀活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)以微孔為主, 中孔很少, 幾乎沒有大孔, 比表面積可達2500m2/g.具有吸附和脫附速率決, 吸附容量大, 導(dǎo)電性高等特點。

以活性炭吸附法處理含量為50%的含對氯酚廢水進行了實驗, 在酸性條件下, 向廢水中加入活性炭0.75g,恒溫反應(yīng)1h,對氯酚的去除率達到90%。而ACF 對苯酚的吸附容量為248mg/g, 吸附飽和后經(jīng)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92%。實驗表明, 用活性碳或活性炭纖維處理某些工業(yè)廢水簡單可行, 成本較低, 處理效果非常理想。

5.結(jié)論

當(dāng)前中國使用活性炭吸附法處理廢水的方法處于初始發(fā)展階段。一些有關(guān)的理論和技術(shù)還不夠成熟。而且, 在我國, 目前活性炭的供應(yīng)比較緊張, 再生設(shè)備少, 再生費用高, 限制了活性炭的廣泛使用。不同應(yīng)用需要不同功能的活性炭。原有的活性炭產(chǎn)品不能滿足新的要求, 因而不斷開發(fā)新的活性炭產(chǎn)品就顯得十分重要。所以, 它需要專業(yè)工作者的積極參與和政府的鼎力支持, 采取多學(xué)科交叉與融合的研究方法, 使活性炭處理廢水技術(shù)向著更加科學(xué)美好的方向發(fā)展。

【參考文獻】

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[9] 李偉光, 給水排水12, 2003, 29( 12) 1247～49。

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