环保 活性炭吸附污染物,一举多得!

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工业废水处理现状

废水的常规处理方法有四类:物理处理法、化学出出处理法、物理化学处理方法和生物处理法。物理处理方法只能处理工业废水中不溶解的和悬浮的物质,一般在该过程中用到的方法有搅拌、离心分离以及过滤等;化学处理方法是通过人为的向工业废水中加入特定的化学物质,以达到使废水中存在的某种特定离子沉淀分离的目的,最后再经过沉降或者过滤除去不溶物,该过程常用的方法有化学沉淀法、中合法、混凝法以及氧化还原方法等;物理化学方法,主要是通过吸附法、膜分离法和离子交换法等来处理工业废水中的有害物质,活性炭吸附法就属于此类方法;而生物处理方法,则是在微生物的正常代谢活动中,消耗掉工业废水中的处于溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机物质之后,把它们转化为稳定无害的物质,这种方法又可以根据处理机理分为厌氧生物处理法和好氧生物处理法。

活性炭吸附法处理工业废水

1、原理

活性炭是用木材、煤、果壳等含碳物质在高温和缺氧条件下活化制成。它有非常多的微孔和巨大的比表面积,通常1克活性炭的表面积达500~1500 米,因而具有很强的物理吸附能力,能有效地吸附废水中的有机污染物。此外,在活化过程中活性炭表面的非结晶部位上形成一些含氧官能团,如羧基(-COOH)、羟基(-OH)、羰基。这些基团使活性炭具有化学吸附和催化氧化、还原的性能,能有效地去除废水中一些金属离子。活性炭具有很强的吸附作用,可以吸附工业废水中的微小粒子,使其沉淀排除,达到废水处理的目的。活性炭由于它的多孔隙结构,使得它表面形成了大量的微小孔洞,这些孔洞的直径一般在很小的纳米数量级,这就造成了活性炭的相对表面积十分巨大,对外界的细粒子产生巨大的吸附作用。

除了将活性炭放入工业废水中自主吸附以外,还可以用通热风的方法在吸附过程中为活性炭提供源源不断的氧气,这样活性炭的吸附能力在通风和升温条件下就会逐渐加强,污水处理的效果也就越明显。

2、活性炭吸附法处理工业废水的优点

活性炭吸附法处理工业废水的优点是:

①处理效果好而且比较稳定;

②提高了微生物对有机毒物和重金属的抗性;

③产生有凝聚力的炭体和微生物,形成坚实和稠密的污泥,改善了活性污泥法的操作条件;

④活性炭能吸附表面活性物质,解决了曝气池中的起泡沫问题;

⑤能用于处理成分复杂、浓度和水量多变的废水;

⑥粉末炭成本低。

活性炭吸附法属于上述工业废水处理方法中的物理化学方法,显然,它不仅可以物理吸附很多不溶的有害物质,对于呈离子状态的有害离子,也可以进行有效的化学吸附,兼具物理处理方法和化学处理方法的优点。除此以外,活性炭的处理工业废水的效率以及质量都特别高。活性炭由于其多孔隙结构,它的相对表面积十分巨大,这赋予了它高效的吸附能力,同时,它的碳链结构使其具有很大的刚性,这让活性炭在使用过程中能够保持自己的形状结构,有效发挥吸附作用。

活性炭吸附法具备物理方法处理废水的优点,对废水中游离的汞和铬等重金属有毒离子和微小杂质进行直接的吸附作用,补血药加入额外的化学助剂,这在一定程度上减少了工业废水处理的成本,并避免了投放化学助剂有可能带来的危害。除了上述优点以外,活性炭生产制造成本低也是人们选择它来处理工业废水的很关键的一点,活性炭来源于生活中的有机废料,经过简单的炭化和气体处理以后,就成为工业用途的活性炭。在活性炭的处理废水过程中,活性炭的结构和性质都没有改变,这就使得活性炭的回收再利用成为可能,通过简单的用水冲刷和洗剂晾干,活性炭就又可以用来处理废水。这种成本低、效果好的工业废水处理方法一直以来被很多工厂使用。

活性炭吸附法在工业废水处理中的应用介绍

1、活性炭吸附法处理工业含油污水

对于含油污染的工业废污水,比如油轮泄露造成的海水污染,工厂的油污废料等,都需要经过多级处理才能够达到标准。由于石油是有机物质,只有与之相容性很好的物质才能吸附并除去它,而活性炭的亲水性比较好,相应的它的亲油性就比较差,就造成了活性炭对油污的吸附量有一定的上限。这就需要对含油工业废水先进行有机物吸附以及多级处理以后,再用活性炭进行最后处理,以吸附完全废水中的油污。

2、活性炭吸附法处理工业含重金属离子的污水

工业废水多为化学反应的废液,其中就包含了大量未反应完全的汞、铬等有毒重金属,这类金属若不经过处理就排放进河流,会对植物的生长以及动物体内蛋白质的代谢和呼吸道造成致命的危险。活性炭对于工业废水中含毒性最大的低浓度汞的吸附作用很强,能够有效的除净其中的汞离子;但是,汞的浓度很大以后,就必须要先经过化学方法来使汞沉淀,然后再用活性炭来彻底吸附其中的残留汞离子。活性炭处理含铬工业废水的机理虽然很复杂,包括对铬的物理吸附,化学还原以及物理化学吸附等,但是效果却很好,一般的含铬废水只用活性炭吸附就可以除干净其中的铬离子。

3、活性炭吸附法处理含颜料工业废水

纺织工业尤其是近年来服装工业和造纸业的发展以及生产过程中产生的废水处理的不彻底,导致了颜料工业废水的排放量越来越大,由于该类型工业废水中的成分十分复杂,并且浓度大,色质深,很难单用活性炭来进行处理。一般对于颜料工业废水,常用的处理方法是先对废水进行氧化和吸附,然后再进行膜分离和多级降解,最后再用活性炭来做深度除色处理,活性炭对于颜色的强力吸附的优点,使得它在颜料废水的处理中有很大的应用前景。

广泛使用于在城市活性炭除臭设备、饮用水及工业废水处理。城市活性炭除臭设备废水中的一些有机物是难于为微生物或通常氧化法所氧化分解的,如酚、苯、石油及其商品、杀虫剂、洗涤剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成有机物,经生化处理后很难到达对排放请求较高的水体中排放的标准,也严重影响废水的回用,因而需求深度处理。因为活性炭对有机物的吸附才能大,在废水深度处理中得到广泛的使用,具有以下优点:处理程度高,城市污水用活性炭进行深度处理后,BOD可下降99%,TOC可降到1~3mg/L.使用范围广,对废水中绝大多数有机物都有用,包含微生物难于降解的有机物。习惯性强,对水量及有机物负荷的变化有较强的习惯功能,可得到安稳的处理作用。粒状炭可进行再生重复使用,被吸附的有机物在再生进程中被烧掉,不发生污泥。可回收有用物质,例如用活性炭处理含酚废水,用碱再生吸附饱满的活性炭,能够回收酚钠盐。设备紧凑、办理便利。活性炭吸附法是使用多孔性的活性炭,使水中一种或多种物质被吸附在活性炭表面而去掉的方法,去掉目标包含溶解性的有机物质,合成洗涤剂、微生物、病毒和一定量的重金属,并能够脱色、除臭。活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等都是水处理常用的吸附剂,活性炭经过活化后碳晶格构成形状和大小不一的兴旺细孔,大大添加比表面积,提高吸附才能。活性炭的细孔有用半径通常为1-10000nm,小孔半径在2nm以下,过渡孔半径通常为2-100nm,大孔半径为100-10000nm.小孔容积通常为0.15-0.90mL/g,过渡孔面积通常为0.02-0.10mL/g;大孔容积通常为0.2-0.5mL/g。活性炭在水处理中的各种应用

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500-1500平方米。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。

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[1]。

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。

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[2]。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长内所吸附的物质量。在水处理中,吸附速度决定了污水需要和吸附剂接触时长。

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[2]。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。

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。

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Cr ( Ⅵ) 。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Cr ( Ⅵ) 产生化学吸附作用。完全可以用于处理电镀废水中的Cr ( Ⅵ) ,吸附后的废水可达到国家排放标准[4]。

试验表明:溶液中Cr ( Ⅵ) 质量浓度为50 mg/ L , pH = 3 ,吸附时长1。 5 h 时,活性炭的吸附性能和Cr ( Ⅵ) 的去除率均达到最佳效果[5]。

因此,利用活性炭处理含铬废水的过程是活性炭对溶液中Cr ( Ⅵ) 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。

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[6],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[7]。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) [6] ,在处理成本上不合算。

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。

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长缩短。活性炭的用量和吸附时长存在最佳值,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。

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40 mg/ L 降至12 mg/ 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]。

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。1 mg/L(经生物处理后)降至0。005 mg/L,氰从0。19 mg/L降至0。048 mg/L,COD从85 mg/L降至18 mg/L。

前景

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。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。

实验表明,ACF对苯酚的吸附容量为248 mg/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30 min,苯酚去除率可达91%[8]。

最近,人们发现活性炭不仅有吸附特性,同时表现出催化特性,由此而发展起来的催化氧化法日益受到重视,其研究也在不断深化。为了提高处理效率,从研究催化氧化机理出发,改变活性炭的表面结构[9],提高活性炭的能力,寻找理想的吸附剂。

结语

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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