活性炭在水處理中的應(yīng)用

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1、前言

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年排出的工業(yè)廢水約為8×108 m3 ，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(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。活性炭的表面積巨大，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(diǎn)。

　　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500-1500平方米。活性炭有很強(qiáng)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(shí)，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(qiáng)，制備容易，價(jià)格較低，但再生困難，一般不能重復(fù)使用。

　　顆粒狀的活性炭?jī)r(jià)格較貴，但可再生后重復(fù)使用，并且使用時(shí)的勞動(dòng)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].

　　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(duì)水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用，以達(dá)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)[2].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(shí)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(shí)間。

　　活性炭的吸附能力與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(kuò)散速度越快，活性炭的吸附能力就越強(qiáng)。

　　污水的pH值和溫度對(duì)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[2].吸附反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)，因此溫度低對(duì)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(duì)水的預(yù)處理要求高，而且活性炭的價(jià)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(dá)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(jià)鉻隨pH 值的不同分別以不同的形式存在。

　　活性炭有非常發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，具有極強(qiáng)的物理吸附能力，能有效地吸附廢水中的Cr （ Ⅵ） .活性炭的表面存在大量的含氧基團(tuán)如羥基（- OH） 、羧基（-COOH） 等，它們都有靜電吸附功能，對(duì)Cr （ Ⅵ） 產(chǎn)生化學(xué)吸附作用。完全可以用于處理電鍍廢水中的Cr （ Ⅵ） ，吸附后的廢水可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)[4].

　　試驗(yàn)表明：溶液中Cr （ Ⅵ） 質(zhì)量濃度為50 mg/ L ， pH = 3 ，吸附時(shí)間1. 5 h 時(shí)，活性炭的吸附性能和Cr （ Ⅵ） 的去除率均達(dá)到最佳效果[5].

　　因此，利用活性炭處理含鉻廢水的過程是活性炭對(duì)溶液中Cr （ Ⅵ） 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(fèi)用低，有一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)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[6]，因而在生產(chǎn)過程中必然要排放一定數(shù)量的含氰廢水。

　　活性炭用于凈化廢水已有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，應(yīng)用于處理含氰廢水的文獻(xiàn)報(bào)道也越來越多[7].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） [6] ，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(shí)可達(dá)2-3 mg/L，然后再用活性炭做進(jìn)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(shí)驗(yàn)證明：活性炭對(duì)苯酚的吸附性能好，溫度升高不利于吸附，使吸附容量減?。坏邷囟冗_(dá)到吸附平衡的時(shí)間縮短。活性炭的用量和吸附時(shí)間存在最佳值，在酸性和中性條件下，去除率變化不大；強(qiáng)堿性條件下，苯酚去除率急劇下降，堿性越強(qiáng)，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(qiáng)，只適宜于處理含甲醇量低的廢水。工程運(yùn)行結(jié)果表明，可將混合液的COD 從40 mg/ L 降至12 mg/ L 以下，對(duì)甲醇的去除率達(dá)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(jìn)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0.1 mg/L（經(jīng)生物處理后）降至0.005 mg/L，氰從0.19 mg/L降至0.048 mg/L，COD從85 mg/L降至18 mg/L.

　　4、前景

　　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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(tuán)對(duì)活性炭吸附性能的影響。

　　例如，活性炭纖維（簡(jiǎn)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。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(dá) 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(diǎn)。

　　實(shí)驗(yàn)表明，ACF對(duì)苯酚的吸附容量為248 mg/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(shí)，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30 min，苯酚去除率可達(dá)91%[8].

　　最近，人們發(fā)現(xiàn)活性炭不僅有吸附特性，同時(shí)表現(xiàn)出催化特性，由此而發(fā)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(jī)理出發(fā)，改變活性炭的表面結(jié)構(gòu)[9]，提高活性炭的能力，尋找理想的吸附劑。

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　當(dāng)前中國(guó)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(guó)，目前活性炭的供應(yīng)比較緊張，再生設(shè)備少，再生費(fèi)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。