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工业废水处理之——活性炭吸附法应用

2018-07-07 11:15:34 来源:网络 评论:0 点击:

 

1 活性炭吸附机理分析

活性炭吸附技术是通过对活性炭表面所独有的吸附功效对工业废水中的某种或多种有害物质进行吸附清除从而达到废水净化效果的目的。究其本质而言,活性炭的吸附功能主要源于两个方面:

①是因为活性炭的内部分子处于各向受力均等的情况,而其表面分子则处于各向受力不均的情况,从而使得其他物质分子极易在力的作用下吸附于活性炭表面,这一过程为物理吸附;②是因为活性炭容易同吸附物间发生化学反应,从而达到吸附净化的效果,这一过程为化学吸附。活性炭的吸附功效就是上文所述两种吸附过程的综合产物。

当活性炭在溶液中的吸附效率同解析效率同步时(单位时间内活性炭对溶液中物质的吸附数量等同于解析数量)被吸附物质在活性炭表面及溶液中的含量便会处于动态平衡之中,这就是活性炭吸附平衡点,此时被吸附物在溶液中的浓度便是平衡浓度,我们以q代表活性炭吸附能力,则其表达式:

q=V(CO-C)/M

式中:q代表活性炭吸附量(一单位活性炭可吸附的杂志质量),g/g;

V代表待净化废水总量,L;

C0、C分别代表净化前后水体中的杂质质量浓度,g/L;

M代表废液中加入的活性炭总量,g。

而在温度恒定的条件下,活性炭的吸附量q同净化后水体中杂志质量浓度C的关系曲线被称之为吸附等温线,对于废水处理行业而言,一般选用费兰德利希吸附等温线代表活性炭吸附功能的大小,其表达式:

q=K˙C1/n

式中:K代表同活性炭表面积、温度等相关的系数;N代表同温度相关的常数。

2 活性炭吸附法优点分析

活性炭作为具备多孔隙、大表面积、高吸附量、高稳定性等诸多特点的一种高效吸附剂,具备下述优点。

2.1 可独自使用

使用时无需添加其他絮凝剂或氧化剂等化学试剂,可直接通过自身的微孔特性进行吸附净化作业。

2.2 制作成本低廉且使用方法简便

活性炭的制作仅需通过木材、煤炭等即可获得,相较而言成本低廉同时使用时无需其他操作,只需投入废液中即可,操作工艺简单便捷。

2.3 吸附效果优良

活性炭独有的大表面积、多孔隙特征,使得其具有良好的吸附效果,特别是对种金属离子等分子杂质的吸附效果尤为显著。

2.4 不易造成二次污染

活性炭吸附过程以物理吸附为主,吸附出的难降解杂志等可直接同活性炭进行一体填埋,从而避免再次溶入水体形成二次污染。

2.5 可重复利用

经过废水净化作业的活性炭能够通过化学溶液再生法、热再生法、电化学法、生物再生法等诸多途径实现回收使用。

3 活性炭吸附法的具体应用

3.1 在含油废水净化中的应用

在工业废水中含油污水不仅产量巨大且涉及行业众多,譬如石油开采与提炼、油品的运、交通航运、机械制造、食品加工等,在其生产作业过程中均会不同程度的产生各类含油污水,进而对生态环境特别是水资源环境造成严重破坏。

活性炭作为一种亲油性材质,能够对工业废水中的分散油、溶解油、乳化油等进行有效吸附,但通常情况下活性炭对油的吸附容量较为有限(介于30~70 mg/g),加之活性炭吸油后难以实现二次利用,这使得其在含油废水净化中的应用成本较高,因此在含油废水的净化处理中活性炭通常仅仅作为最后一级处理,即用以对废液中微量污染物的清除,从而实现深度净化的目标。

一般而言,经过活性炭吸附处理后废水中的油类物质的含量可达0.1~0.2 mg/L以下。

3.2 在染料废水净化中的应用

伴随现代化纺织工业的不断发展,印染行业也获得长远进步。据不完全统计显示,全球印染行业约有近2万t染料会直接进入水体中以废水的形式排入自然环境中。这些染料不仅组分复杂且色度深、浓度高,使得处理极为繁琐,较为常见的处理手段有氧化、絮凝、膜分离、吸附、降解等,其中活性炭吸附处理作为研究较为深入的一种,应用极为广泛,主要用于对工业废水汇总COD及色度的清除,且在使用中多是将活性炭作为催化剂载体同其他工艺综合应用。此外,在染料废水的净化处理中,其脱色率同温度存在正比关系,而同酸碱度无关,因此合适的温度选择尤为重要。

一般而言,以最近吸附条件净化处理后的染料废水其脱色率可达98%左右,出水的色度稀释倍数近50倍,COD质量含量小于50 mg/L,满足我国工业废水一级排放标准。

3.3 在含汞、铬废水净化中的应用

3.3.1 含汞废水处理

在众多金属污染物中,金属汞的毒性最强,其一旦进入人体便会对人体各类蛋白质的功能造成严重损坏,从而危机人体健康。活性炭虽对金属汞离子及其化合物具备一定的吸附能力,但相对有限,多用于低含汞量废水的净化处理中或是高浓度含汞废液多层处理的最后一层。

3.3.2 含铬废水的处理

近年来随着电子行业的飞速进步,电镀行业随之崛起,而其生产中产生的大量含铬废水亦对环境造成严重危害。根据有关调查,金属铬离子不仅毒性强大且极易在各类动植物体内集聚,进而由生物链汇入人体,对人体呼吸道及内脏造成严重伤害。而活性炭表面由于含有数量众多的含氧基团,譬如— COOH、—OH等,这些含氧基团的静电吸附功能对金属铬离子具有强大的化学吸附效果。

试验表明,含铬废水含铬量为50 mg/L、吸附用时1.5 h、酸碱度=3时通过活性炭吸附处理的含铬废水净化效果最佳。加之,活性炭处理含铬废水操作简便、成本低廉、吸附效果稳定等诸多优点,目前已被广泛应用于各行各业。

4 活性炭吸附组合工艺发展

在实际应用中,为更好的提升对工业废水的净化效果,还可将活性炭同其他工艺进行综合利用,从而构成活性炭吸附组合技术,其中较为常见的几种如下所述。

4.1 活性炭同臭氧的组合工艺

臭氧所具有的强氧化性,对水体有着良好的杀菌效果,不仅可对活性炭的净化进行有效补充,而且臭氧还可将大分子有机物分解,使其变为小分子形态,从而更加便于活性炭吸附,实现对活性炭吸附功效的提升。通过两者的组合使用,工业废水的净化效果可大幅提升。

4.2 生物活性炭组合工艺

生物膜净化工艺是一种常用于水体有机物清理的手段,通过人工手段让生物膜在活性炭内部生长,进而构成一个以活性炭充当骨架的生物膜系统,如此一来不仅能够大幅增加生物膜同有机污染物的接触时间,还能更好的发挥活性炭的吸附功效,从而实现“1+1>2”的功效,提升工业废水的净化效果。

4.3 活性炭电解法

电解法常被用于水体杂质的降解净化,但受到电极接触面积的局限,其对废水的净化效果相对有限且能耗偏大,而活性炭自身则拥有优良的导电性能,以活性炭代替传统电极,能够充分利用活性炭表面积大、吸附性好的特点,提升电解效率。根据相关测试显示,选用活性炭充当电极的电解水处理工艺电流利用效率大幅提升,已成为当前的研究热点之一。

5 结 语

总而言之,活性炭吸附作为一种高效、清洁的废水净化手段,随着社会经济的进一步发展,其应用范围亦将进一步扩大完善。但其作为一种较新的技术手段,无论在理论研究还是实际应用中均存在一定不足,特别是生产制造工艺的欠缺,使得其供应量亦相对紧张。面对这些问题,政府及专家学者均应投入积极相关工作的探究中,不断研发全新的活性炭制造及应用工艺,从而更好的发挥其净化效果,推动工业废水净化效果的进一步提升与完善。

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