印染廢水凈化中活性炭吸附法的應用范文

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[摘要]印染廢水的凈化已成為印染行業亟待處理的重要問題。印染廢水的處理出現了物理處理法、化學處理法和生化處理法，而吸附法屬于物理方法中的一種，因具有操作簡單、投資費用低、對多種染料都有較好的去除效果等優點，在廢水處理中占有很大比重。本文著重討論了活性炭對印染廢水的吸附機理，并對活性炭吸附影響因素進行了分析，對印染廢水的活性炭吸附處理與研究進行了展望。

[關鍵詞]活性炭；印染廢水；吸附

印染廢水具有有機污染物含量高、色度高、毒性大、水質變化大等特點[1]。其中，色度高是印染廢水處理的一大難題，是由于染色加工過程中部分不能上染坯布的成分復雜的染料導致，主要是以芳烴和雜環化合物為母體，帶有顯色基團(如-N=O-)和極性基團(如-SO3Na，-OH，-NH2)以及一些助劑，如緩染劑或促染劑等便排入廢水中。[2]印染企業的生產工藝在各類染料和助劑中添加有不同種類、較大劑量的重金屬物質，這些重金屬物質隨工業廢水進入污水處理系，往往會抑制微生物的生長，對廢水中的好氧生物處理工藝造成嚴重影響。當水體中重金屬積累到一定的限度，就會對水體、水生動物系統產生嚴重危害，生物體會出現生理受阻、發育停滯、死亡等情況，后果則是整個水生生態系統結構和功能都會受損甚至崩潰[3-4]。

1活性炭吸附印染廢水機理

1.1吸附法脫色機理

活性炭具有極大的比表面積，其內部分布著極其豐富的孔隙，孔隙之間相互連接形成了一個十分發達的網絡系統，活性炭從而擁有了極大的比表面積以及其表面布滿豐富的官能團，以至于對各種污染物具有良好的吸附去除效果。利用其極強的吸附能力，易吸附較大的染料分子，通過絮凝沉降達到脫色及降低COD含量的效果。顆粒種類的不同其吸附脫色效果也有所不同。同等條件下，椰殼活性炭比果殼、煤炭活性炭對模擬活性染料廢水的吸附效果好，果殼活性炭吸附脫色效果次之，煤質活性炭吸附脫色效果最差。活性炭本身結構不同，孔洞具有較大的差異性導致了這種差別[5]。

1.2活性炭吸附法去除廢水中金屬離子機理[6]

在對金屬離子吸附方面，物理吸附、化學吸附和離子交換是活性炭吸附主要的機理。RiveraUtrilhaJ[8]等用臭氧活化活性炭，兩種活性炭在不同的活化時間制得，在pH均為6，溫度同為298K的相同條件下，兩種活性炭與原活性炭對含Cr3+水溶液進行吸附。通過該實驗，RiveraUtrilhaJ等人發現，在活性炭與Cr3+的反應中，表面官能團起著著舉足輕重的作用，靜電相互作用為主要的吸附機理。

1.3活性炭吸附法對廢水中微量有機物的吸附機理[7]

活性炭吸附微量有機物主要可以通過三種機理解釋：(1)發生在吸附質與表面含氧基團給電子—受電子作用(2)發生在石墨結構的n電子與吸附質之間的擴散作用(3)離子間存在的靜電吸引和排斥作用Mattson[8]等在活性炭對有機物進行吸附的過程中發現，起最大作用且有最大影響的是其表面的羰基，它和吸附質苯環上的n電子間的作用力是活性炭吸附作用力的主要來源。當吸附質苯環上有吸電子基團時，吸附量會因此增加，是因為吸附質苯環本身是受電子體，而活性炭表面的羰基是給電子體，這兩者合在一起便形成了我們所知的給電子-受電子復合物。但同理可得，如果活性炭氧化了，其表面的羰基也會氧化成羧基，沒有了給電子-受電子結構的復合物，活性炭對有機物的吸附量也就會因此而下降。MorenoCastillaC[9]等人進行了活性炭對取代苯酚進行吸附的研究，在實驗過程中他們也運用了相同的機理。范曉丹[10]等人對實際印染廢水進行了深度處理，并對處理后的廢水的生物毒性進行了表征。實驗過程中他們采用的是經過改良后的活性炭，其表面負載了經馴化后的微生物，以此研究生物活性炭系統中存在的生物相及其降解有機污染物的作用。在活性炭吸附法處理過程中，這三種吸附往往同時存在，去除污染物需要它們的綜合作用[11]不同的活性炭對印染廢水的有機微生物吸附效果也有所不同，由李欣玨[12]等人用小型活性炭床吸附印染廢水生化出水中各類有機物實驗中可得知煤質炭和椰殼炭對印染廢水生化出水中的有機物均有顯著的去除效果。

1.4活性炭吸附法對廢水中COD的去除機理

李欣玨[12]等采用煤灰質碳、竹炭和椰殼炭3種炭型分別進行了吸附試驗，研究對象是印染廢水生化單元出水。研究表明，活性炭能有效地去除印染廢水中的COD、DON及生化出水時的生物毒性。何瑩等[13]以玉米秸稈和市政污泥為原料，采用化學活化法熱解制備的污泥-秸稈基活性炭具有發達的微孔和中孔結構。不同配比的吸附劑的最佳吸附條件不同。在吸附過程中，活性炭對COD的去除率隨著吸附時間的增加呈現先逐漸上升而后達到吸附飽和的趨勢，酸性環境有利于活性炭表面的堿性基團功能的發揮，進而提高活性炭對滲濾液中COD的凈化效率[14]。

2活性炭吸附印染廢水的影響因素

2.1pH

在使用吸附法對印染廢水進行處理時，pH在脫色、吸附金屬離子、去除有機物等方面有著明顯的影響。活性炭脫色時，在pH值較低時有著較好的吸附效果，隨著pH的升高，吸附效果變差。蘭慧芳[5]等人研究得出在pH值為3.5和5.5時，活性炭表現出較好的吸附脫色效果。不同的pH值對金屬離子的吸附同樣有著不一樣的吸附效果，康玉瑩[15]等人研究表明，不同pH值對鉻離子的吸附率不同，隨著pH值增加，吸附速率逐漸降低。在低pH環境中，去除水中的有機物的效果也同樣較好。

2.2吸附時間

由多孔介質的吸附動力學模型可知，吸附初期階段染料分子快速填充在活性炭的孔隙中，然后因為擴散阻力的增加，吸附速率下降。所以在投放活性炭的初期，短時間內吸附脫色效果提升明顯，隨著時間的推移，脫色效果逐漸趨于穩定，此時延長時間對脫色的效果增加并不明顯，吸附趨于平衡[16]。活性炭吸附金屬離子時，吸附初期吸附率迅速升高，隨著時間的增加吸附率緩慢上升，一段時間后吸附趨于平衡。陳小敏[17]等人研究結果顯示，有機物的最佳吸附時間為1小時。

2.3溫度

適當升溫可提升活性炭的脫色效果，但溫度過高會使顆粒熱運動加速，使顆粒熱運動加速，碰撞幾率上升，同時也會加速活性炭外表面水分子的解吸，同時溫度過高會造成吸附劑的變質。活性炭吸附金屬離子為吸熱反應，因此，升高溫度，反應向正方向進行，溶液中分子運動劇烈，金屬離子與活性炭表面接觸更多。根據活性炭與各種吸附物質之間的作用特性，溫度變化會影響吸附效果，如果活性炭與吸附物質之間的反應為放熱反應，則升溫會減小活性炭的吸附性能。[18]

2.4活性炭的種類

不同種類的活性炭有著不同的孔徑分布，對污水的吸附效果也隨之不同。按照制作活性炭的原料可分為木質活性炭、果殼活性炭、煤質活性炭、石油類活性炭、再生炭及礦物質原料活性炭等。同等條件下，椰殼活性炭吸附效果最好，果殼活性炭次之，煤質活性炭吸附脫色效果最差[6]。

2.5活性炭的粒徑

一般來說，吸附量的多少隨著活性炭表面積的增大而增加。同等質量下的活性炭，粒徑越小，表面積越大，吸附能力越好。王鵬程[19]等人的研究表明：在其他實驗條件相同時，活性炭的粒徑越小，總鉻的去除率越高。

2.6活性炭的投加量

活性炭的投加量對污水中污染物的吸附效率的影響較為明顯，隨著活性炭投加量的增加，對污染物的的吸附效率先大幅度上升，之后趨于穩定，但隨著投加量繼續增加，吸附量達到飽和之后，吸附效率呈現下降的趨勢。張聲洲[20]的研究表明在相同的振蕩時間、相同濃度下，普通活性炭加入量增加，亞甲基藍值會隨之升高。

3結語

處理復雜的廢水，特別是含多種類染料和有機物的廢水，僅依賴吸附脫色技術無法達到預想的處理效果，因而復合吸附劑的研發尤其是集合包括吸附在內的多種處理技術的研發可提高寬廣的范圍及適用性。同時，為避免或減少二次污染，應對廢水做好妥善的后期處理及對吸附劑進行再生處理加以利用。

作者：李曼菲 簡子興 何鑰媚 黃錦勇 單位：北京理工大學珠海學院