中国污水处理之活性炭处理的经典论文
发布人:管理员 发布时间：2011-10-13 浏览次数：2846
中国污水处理之活性炭处理的经典论文
【摘 要】目前中国的水污染问题亟待解决。文中首先从活性炭的特点谈起, 然后针对部分工业废水提出了用活性炭净化其水质的方法, 并 指出了实践中存在的主要问题, 最后指出了用活性炭吸附法处理工业废水的发展方向。
【关键词】活性炭;吸附;废水;净化
【Abstr act 】At present the question of water pollution of China should sort out it by demanding. The text talk about the characteristics of activated carbon at first, then the paper proposed the method by activated carbon purify the water quality be aimed at the industrial waste water,and pointed out the main problem of existing by practice, it pointed out orientation of development of industrial treatment of waster water by activated carbon adsorption process 。
【Keywor ds】activated carbon ;adsorption ;waste water ;purify
1.前言
我国是水资源严重紧缺同时又是水资源严重浪费的国家, 而随着 城市化进程的加快, 城市工业废水和生活废水污染问题日益严重, 加 强污水处理特别是工业废水的处理显得尤为重要。据统计, 我国每年排出的工业废水约为 8×108m3, 其中不仅含有氰化物、氯酚等剧毒成 分, 而且含有铬、锌、镍等金属离子。废水的处理方法很多, 主要有化学沉淀法、电解法和膜处理法等[1], 本文介绍的是活性炭吸附法。活性炭 的表面积巨大, 有很高的物理吸附和化学吸附功能, 因此活性炭吸附 法被广泛应用在废水处理中, 而且具有效率高, 效果好等特点。
2.活性炭
活性炭是一种经特殊处理的炭, 具有无数细小孔隙, 表面积巨大,
每克活性炭的表面积为 500- 1500m2。活性炭有很强的物理吸附和化 学吸附功能, 而且还具有解毒作用。解毒作用就是利用了其巨大的面 积, 将毒物吸附在活性炭的微孔中, 从而阻止毒物的吸收。同时, 活性 炭能与多种化学物质结合, 从而阻止这些物质的吸收。
2.1 活性炭的分类
在生产中应用的活性炭种类有很多, 一般制 成粉末状或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强, 制备容易, 价格较 低, 但再生困难, 一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵, 但可 再生后重复使用, 并且使用时的劳动条件较好, 操作管理方便。因此在 水处理中较多采用颗粒状活性炭[2]。
2.2 活性炭吸附
活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中 的一种或多种物质的吸附作用, 以达到净化水质的目的。
2.3 影响活性炭吸附的因素
吸附能力和吸附速度是衡量吸附过 程的主要指标[3]。吸附能力的大小是用吸附量来衡量的, 而吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。在水处理中, 吸附速度决定了污水需要和吸附剂接触时间。活性炭的吸附能力与活性炭 的孔隙大小和结构有关。一般来说, 颗粒越小, 孔隙扩散速度越快, 活性炭的吸附能力就越强。污水的 pH 值和温度对活性炭的吸附也有影 响。活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量[4]。吸附反应通常是放热反应, 因此温度低对吸附反应有利。当然, 活性炭的吸 附能力与污水浓度有关。在一定的温度下, 活性炭的吸附量随被吸附 物质平衡浓度的提高而提高。
3.活性炭在污水处理中的应用
由于活性炭对水的预处理要求高, 而且活性炭的价格昂贵, 因此 在废水处理中, 活性炭主要用来去除废水中的微量污染物, 以达到深度净化的目的。
3.1 活性炭处理含铬废 水
铬 是 电 镀 中 用 量 较 大 的 一 种 金 属 原 料, 在废水中六价铬随 pH 值的不同分别以不同的形式存在。活性炭 有非常发达的微孔结构和较高的比表面积, 具有极强的物理吸附能 力, 能有效地吸附废水中的铬。活性炭的表面存在大量的含氧基团如 羟基( - OH) 、羧基( - COOH) 等, 它们都有静电吸附功能 , 对铬产生化 学吸附作用。完全可以用于处理电镀废水中的铬, 吸附后的废水可达 到国家排放标准[5]。试验表明: 溶液中铬质量浓度为 50mg/L, pH=3, 吸 附时间 1.5h 时, 活性炭的吸附性能和铬的去除率均达到最佳效果[6]。 因此, 利用活性炭处理含铬废水的过程是活性炭对溶液中铬的物理吸 附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。活性炭处理含铬废水, 吸 附性能稳定 , 处理效率高 , 操作费用低 , 有一定的社会效益 和 经 济 效益。
3.2 活性炭处理含氰废水
在工业生产中, 金银的湿法提取、化学 纤维的生产、炼焦、合成氨、电镀、煤气生产等行业均使用氰化物或副 产氰化物[7], 因而在生产过程中必然要排放一定数量的含氰废水。活性 炭用于净化废水已有相当长的历史, 应用于处理含氰废水的文献报道 也越来越多。但由于 CN、HCN 在活性炭上的吸附容量小, 一般为 3 mgCN/ gAC～8 mgCN/ gAC ( 因品种而异) [8], 在处理成本上不合算。
3.3 活性炭处理含汞废水
活性炭有 吸 附 汞 和 含 汞 化 合 物 的 性 能, 但吸附能力有限, 只适宜于处理含汞量低的废水。如果含汞的浓度较高, 可以先用化学沉淀法处理, 处理后含汞约 1mg/L, 高时可达 2- 3 mg/L, 然后再用活性炭做进一步的处理。
3.4 活性炭处理含酚废水
含酚废水广泛来源于石油化工厂、树 脂厂、焦化厂和炼油化工厂。经实验证明: 活性炭对苯酚的吸附性能好, 温度升高不利于吸附, 使吸附容量减小; 但升高温度达到吸附平衡 的时间缩短。活性炭的用量和吸附时间存在最佳值, 在酸性和中性条件下, 去除率变化不大; 强碱性条件下, 苯酚去除率急剧下降, 碱性越 强, 吸附效果越差。
3.5 活性炭处理含甲醇废水
活性炭可以吸附甲醇, 但吸附能力 不强, 只适宜于处理含甲醇量低的废水。工程运行结果表明, 可将混合液的 COD 从 40mg/ L 降至 12mg/L 以下, 对甲醇的去除率达到 93.16%～100%, 其出水水质可以满足回用到锅炉脱盐水系统进水的水质要求[9]。
3.6 炼油厂的深度处理
炼油厂含油废水, 经隔油、气浮和生物处 理后, 在经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含酚量从 0.1mg/L( 经 生 物 处 理 后 ) 降 至 0.005mg/L, 氰 从 0.19mg/L 降 至 0.048mg/L, COD 从85mg/L 降至 18mg/L。
3.7 活性炭处理含对氯苯酚的废水
对氯苯酚 ( P—chlorophenol)别名对氯酚, 4—氯苯酚,相对分子量为 128.56,对氯苯酚为白色针状晶 体, 工业品带黄色或粉红色。具有不愉快的刺激性气味, 相对密度为 ( 40℃/4℃)1.2651, 沸点为 217℃, 熔点为 42—43℃, 闪点为 121℃, 微溶 于水, 在水中溶解度为( 20℃) 27.1g/l, 易溶于苯、乙醇、乙醚、氯仿、碱溶 液等, 1%的水溶液为酸性。对氯苯酚毒性强烈, 当皮肤吸收或吸入、吞 咽后都具有高毒性。对生物体组织有强烈刺激、易燃。对氯苯酚是严重的水源污染物质。如若不能合理处理含对氯苯酚的废水将对人们及其 他生物构成极大危害。因此, 该废水的处理一直是水处理研究中被受 关注的课题。现实工业中含酚废水的处理方法有化学法物化法及生化 法 , 吸附法等 , 如酚醛缩聚法、化学氧化法、溶剂萃取法、络合萃 取 法 等。由于吸附法设备简单、操作方便、净化率高、吸附量大、可以得到纯 度较高的回收物, 并且再生容易能耗低等诸多优点在工业上广泛应 用。
从环境和经济效益两个角度出发, 水处理技术应考虑兼顾资源回 收与废水处理达标排放两个方面的问题。吸附是一种操作简便、可实 现废水中有用资源回收利用、对高低浓度废水均适用的物理化学方 法, 但是如果吸附剂再生性能差、价格贵, 则很难在实际废水处理中被 普遍应用。
城市污水厂污泥是污水处理系统产生的副产物。随着城镇化过程的加快，水工业将成为我国很有潜力的产业，生活给水量和城市污水的产生量会越来越大，随之而来的污水处理厂产生的污泥越来越多，污水厂污泥是一含水率高、含大量有机物和有毒有害物质(包括微生物、重金属和有毒有机物) 等的具有复杂流变形的半干性固体废物,它容量大、易腐败、不稳定、有恶臭，如不加以安全处理和处置，将造成严重的二次污染问题，但同时污泥中含有大量的有机物、腐殖质等可利用资源。因此，探讨并实施城市污泥处理处置和资源化新途径，对解决污泥污染问题具有重要意义。
4.应用
随着科学技术的进步和废水处理的特殊要求, 活性炭的研究从本身的孔结构和比表面积逐步发展到 研究表面官能团对活性炭吸附性能的影响。例如, 活性炭纤维( 简称 ACF) 近年来在处理废水方面受到了科研工作者的重视 , 它的直径一 般为 5～20μm, 其制备原理与传统的活性炭制备相同 , 即将纤维状 碳 在 800℃以上用水蒸气或二氧化碳活化处理。活性炭纤维是利用炭纤 维技术和活性炭技术相结合发展起来的一种新型炭质吸附材料, 与颗 粒状活性炭相比具有比表面积大、微孔发达、孔径分布窄 、吸 附 速 度 快、吸附能力强和再生容易等特点。还兼有纤维的外型和特性能制成 纱、线、布和毡等 , 给工艺设备的简化和工程上的使用带 来 很 大 的 简 便。所以活性炭纤维广泛应用于空气净化和废水处理、制作化学防毒 服和防毒面具、吸附放射形物质及微生物、回收微量贵重金属等林领 域。纤维状活性炭的孔隙结构以微孔为主, 中孔很少, 几乎没有大孔, 比表面积可达 2500m2/g.具有吸附和脱附速率决, 吸附容量大, 导电性 高等特点。
按污水来源分类，污水处理一般分为生产污水处理和生活污水处理。生产污水包括工业污水、农业污水以及医疗污水等，而生活污水就是日常生活产生的污水,是指各种形式的无机物和有机物的复杂混合物，包括：①漂浮和悬浮的大小固体颗粒；②胶状和凝胶状扩散物；③纯溶液。 按污水的性质来分，水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。污染物主要有：（1）未经处理而排放的工业废水；（2）未经处理而排放的生活污水；（3）大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水；（4）堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾；（5）水土流失；（6）矿山污水。 污水处理厂:有人调查100多座大处理厂,一半晒太阳呢,还有资金不足\成本高\效率低的,普遍效率不足70%,低的只有40%. 污水处理成本能耗情况:基本都是高能耗\低效率。 目前城市生活污水排放已是我国城市水的主要污染源，城市生活污水处理是当前和今后城市节水和城市水环境保护工作的重中之重，这就要求我们要把处理生活污水设施的建设作为城市基础设施的重要内容来抓，而且是急不可待的事情 。
以活性炭吸附法处理含量为 50%的含对氯酚废水进行了实验, 在 酸性条件下 , 向废水中加入活性炭 0.75g, 恒温反应 1h, 对氯酚的去 除 率达到 90%。而 ACF 对苯酚的吸附容量为 248mg/g, 吸附饱和后经多 次再生吸附容量几乎不变, 吸附性能比活性炭好。室温时, 在酸性或中 性条件下, 向 100mL 浓度为 282mg/L 的含酚模拟废水投加活性炭纤 维 0.5g, 恒温振荡 30min, 苯酚去除率可达 92%。实验表明, 用活性碳 或活性炭纤维处理某些工业废水简单可行, 成本较低, 处理效果非常 理想。
5.结论
当前中国使用活性炭吸附法处理废水的方法处于初始发展阶段。一些有关的理论和技术还不够成熟。而且, 在我国, 目前活性炭的供应 比较紧张, 再生设备少, 再生费用高, 限制了活性炭的广泛使用。不同 应用需要不同功能的活性炭。原有的活性炭产品不能满足新的要求, 因而不断开发新的活性炭产品就显得十分重要。所以, 它需要专业工 作者的积极参与和政府的鼎力支持, 采取多学科交叉与融合的研究方 法, 使活性炭处理废水技术向着更加科学美好的方向发展。
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