廢水處理中活性炭的使用方法

由于大量污水的排放，我國的許多河川、湖泊等水域都受到了嚴(yán)重的污染。水污染防治已成為我國緊迫的環(huán)境問題之一。水污染的處理有多種方法，其中吸附法是采用多孔性的固體吸附劑，利用同一液相界面上的物質(zhì)傳遞，使廢水中的污染物轉(zhuǎn)移到固體吸附劑上，從而使之從廢水中分離去除的方法。具有吸附能力的多孔固體物質(zhì)稱為吸附劑。根據(jù)吸附劑表面吸附力的不同，可分為物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換性吸附。在廢水處理中所發(fā)生的吸附過程往往是幾種吸附作用的綜合表現(xiàn)。廢水中常用的吸附劑有活性炭、磺化煤、沸石等。本文暫且討論活性炭在廢水處理中的應(yīng)用。

處理DMF廢水的方法有：活性炭吸附-二氯甲烷   法、化學(xué)水解法和生化法?；瘜W(xué)水解法與生化法都只是破壞DMF而沒有回收DMF，處理成本較高，尤其不適用于處理較的DMF廢水。對(duì)于DMF(近100g/L)的制革廢水，目前工廠多采用直接精餾處理，分離DMF與水，回收的DMF回用于生產(chǎn)。但該法能耗較高，當(dāng)廢水中DMF濃度較低(如小于50g/L)時(shí)，回收成本將大幅度增加。

高濃廢水的共同特點(diǎn)是成分復(fù)雜多變，色度高，BOD/COD一般均<0.15，可生化性差，治理難度大，屬重污染廢水，文獻(xiàn)中經(jīng)常提及的高濃廢水有：造紙廢液(黑液、中段水及白水)，印染廢水、煤化工工業(yè)廢水(焦化廢水、煤氣洗滌廢水)，含油廢水(采油廢水、金屬加工廢水、煉油廢水)，制藥廢水、食品工業(yè)廢水(味精生產(chǎn)廢水、釀酒工業(yè)廢水、糖精生產(chǎn)廢水等)，以及日化、橡膠、合成纖維工業(yè)廢水等。

1、活性炭在物化分離技術(shù)中的應(yīng)用：

物化分離技術(shù)用于高濃廢水有以下幾種目的：回收有用成分(如從造紙廢液中回收紙漿和酸析木素，從采油廢水中回收石油烴，從味精生產(chǎn)廢水中回收酵母蛋白，從合成纖維生產(chǎn)廢水中回收生產(chǎn)原料等);去除廢水中大部分固體懸浮物，降低后繼生化處理工序負(fù)荷;去除廢水中對(duì)生化工序微生物的化學(xué)物質(zhì)(如多環(huán)芳烴、酚、氰等);去除水中的物質(zhì)，達(dá)標(biāo)排放或回用于生產(chǎn)。

該技術(shù)方法以分離為目的，著并非污染物的降解。常見的分離方法有：機(jī)械過濾(包括機(jī)械格柵、篩網(wǎng)、離心機(jī)、壓濾機(jī)等分離方法，多用于廢水的處理工序，一般設(shè)置于工序前端);絮凝沉淀或絮凝氣浮，中和沉淀(包括酸析和堿析兩種方法);吸附過濾(濾料有陶?；蚨嗫滋瞻?、石英砂、無煙煤、焦炭、合成纖維、核桃殼、粉煤灰、各種類型活性炭等，用于去除膠體狀或溶解性物，多用于和處理工序)及利用各種工業(yè)廢氣的氣/液相吸收分離技術(shù)等?；钚蕴坑糜诟邼鈴U水污染物的物化分離，有以下幾種用法。

1.1、在處理工序用作絮凝/吸附分離劑：

典型的應(yīng)用技術(shù)是PACT工藝：

在石化、印染、焦化工業(yè)廢水中投加適量粉狀活性炭，可去除廢水中不可降解COD、色度和臭味，避免曝氣池發(fā)泡現(xiàn)象;使混凝絮體或生物絮體增長(zhǎng)而沉淀;去除廢水中重金屬離子或其絡(luò)合物。

公司使用粉狀活性炭與絮凝劑協(xié)同作用處理高色度印染廢水，分離廢水中活性染料，取得了良好的治理效果。堿性品紅染料生產(chǎn)廢水經(jīng)絮凝、煙道灰吸附，再用粒狀活性炭吸附過濾，出水水質(zhì)可達(dá)GB8978-88排放標(biāo)準(zhǔn)，回用于生產(chǎn)。利用處理工藝達(dá)處理效果，這是一項(xiàng)很有前途的印染廢水治理技術(shù)，其中活性炭的作用功不可沒。詳細(xì)研究了幾種活性炭與混凝技術(shù)協(xié)同作用時(shí)對(duì)地毯廠印染廢水的處理效果。結(jié)果表明，經(jīng)混凝沉淀、砂濾、粒狀活性炭吸附處理的廢水可回用于生產(chǎn)。另外，失效活性炭用V2O5-Ca(ClO)2催化氧化法   時(shí)效果較好。提出一種針對(duì)中小型金屬制品廠含油乳化廢水的處理工藝，廢水經(jīng)NaClO氧化、除油、絮凝之后，用適宜的活性炭吸附處理，出水可直排。醫(yī)藥雙氯滅痛生產(chǎn)過程中排出多種高濃廢水，研究提出一種低投資的廢水處理工藝，廢水經(jīng)酸析、爐渣吸附、石灰乳混凝，再用相當(dāng)于廢水量3%wt的粉狀活性炭于60℃吸附處理1小時(shí)，廢水可達(dá)二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。廢炭摻入煤中用作鍋爐熱源。研究了將PACT工藝用于磷農(nóng)藥生產(chǎn)廢水的技術(shù)可行性，當(dāng)向生物的處理系統(tǒng)中投加0.2%的粉狀活性炭時(shí)處理效果較好。廢炭可用酸堿   ，吸附性能恢復(fù)率為80%。

利用甘蔗糖蜜為原料生產(chǎn)食用酒精時(shí)，從粗餾塔排出的廢液含各種難生物降解的色素物質(zhì)。詳細(xì)研究了其中色素物質(zhì)的種類和形成機(jī)理，并研究了多種脫色材料，后提出，現(xiàn)有的佳脫色材料為粉狀活性炭。當(dāng)用量為10%(W/V) 時(shí)，在PH4～5，60℃條件下吸附30～40min，可使廢水近脫色，同時(shí)可去除56%的COD。廢炭用堿或甲醇溶液   時(shí)效果較好。

水楊酸生產(chǎn)過程排出的酸性含酚廢水也是一種難處理廢水。采用煤油和N-503萃取劑對(duì)該廢水萃取脫酚，再用粒狀活性炭吸附脫除余酚，出水殘酚濃度符合排放要求。丙烯酸丁酯生產(chǎn)廢水含有丙烯酸、酚類、苯磺酸和NaOH等多種可溶性化合物，可生化性，傳統(tǒng)處理工藝無法使出水達(dá)標(biāo)。

在傳統(tǒng)處理工藝中加入活性炭纖維吸附柱，使出水COD達(dá)標(biāo)。吸附飽和的ACF用200～500℃過熱蒸汽   。磷酸三(2，4-二溴苯基)酯是一種阻燃劑和避鼠劑，其生產(chǎn)過程中排出的含酚廢水可經(jīng)加酸析晶回收生產(chǎn)原料2，4-二溴苯酚后，用顆粒活性炭過濾吸附，出水可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)?；钚蕴坎捎?50℃過熱蒸汽   。汽車制造廠在進(jìn)行車體電泳磷化處理過程中排出大量含有表面活性劑、乳化油、高分子樹脂、醚類、醇類、胺類化合物的生產(chǎn)廢水，其短時(shí)COD峰值可達(dá)2～3萬，難以生化降解，在常規(guī)處理(絮凝、氣浮、砂濾)后，用粉狀活性炭進(jìn)行吸附處理，使水質(zhì)毒性降低，出水可進(jìn)入生化工序進(jìn)行常規(guī)生物處理。

1.2、活性炭用作二級(jí)生化處理工序的微生物載體：

廢水的二級(jí)處理即生化降解是使廢水的COD和BOD分解并被微生物吸收、消化的生物化學(xué)反應(yīng)過程。高濃廢水的生化處理因水質(zhì)波動(dòng)頻繁，水量嚴(yán)重不勻等原因，傳統(tǒng)活性污泥法被選用，可抗高負(fù)荷水質(zhì)、水量沖擊的各種形式生物反應(yīng)器是近幾年的研究熱點(diǎn)，載體性能是決定該類反應(yīng)器效能的重要因素?？捎米魃镙d體的材料有各種合成塑料制品、合成樹脂材料、廢橡膠顆粒、焦粒、活性炭等?；钚蕴坑米魃镙d體時(shí)，它本身只起到載體和吸附富集污染物的作用，故也將這種用法歸于物化分離范疇。選用固定彈性填料和粉狀活性炭充填厭氧復(fù)合生物膜反應(yīng)器(分別占反應(yīng)器總?cè)莘e的20%和10%)，接種馴化菌種，同時(shí)選用某種懸浮填料和柱狀活性炭充填好氧復(fù)合床生物反應(yīng)器(分別占反應(yīng)器總?cè)莘e的30%和10%)，并接種好氧菌群。由這兩種反應(yīng)器構(gòu)成的A/O生化處理流程用于纖維板生產(chǎn)排出的高濃廢水處理時(shí)取得了滿意的效果。采用粉狀活性炭和旦質(zhì)膠作載體進(jìn)行造紙黑液的厭氧處理工藝研究，證明粉狀炭有加速顆粒污泥成熟化的作用。在苧麻紡織印染廢水處理工藝設(shè)計(jì)中，選用活性炭、塑料環(huán)、石油焦、硅藻球作三相生物流化床反應(yīng)器的生物膜載體，使單位體積載體活性污泥量達(dá)40～50mg/L，污水處理能力是生物轉(zhuǎn)盤的20～60倍，COD去除負(fù)荷高達(dá)2.5kg/m3載體。

1.3、活性炭在廢水處理工序中的應(yīng)用：

高濃廢水一般經(jīng)物化和二級(jí)生化處理即可達(dá)標(biāo)排放，增設(shè)處理的目的多為使出水符合生產(chǎn)回用水質(zhì)要求。廢水的處理回用技術(shù)是未來我國水戰(zhàn)略的。廢水的處理方法有膜過濾、電滲析、離子交換、過濾(砂、陶粒等濾料)、活性炭吸附等，多屬物化法，活性炭在其中有兩種用法，一為普通吸附劑，另一種為O3/生物炭法(活性炭作生物膜載體)。齊魯石化橡膠廠工業(yè)用水嚴(yán)重不足，尤作亮等對(duì)該廠生產(chǎn)過程排出的大量廢水進(jìn)行物化、生化處理后，進(jìn)行二次混凝沉淀、毒菌、砂濾、活性炭吸附、反滲透等一系列處理工藝研究，研究表明，處理后的淡水水于當(dāng)?shù)氐叵滤?，可作為生產(chǎn)工藝用水。

中藥廠生產(chǎn)廢水亦屬高濃廢水且水質(zhì)復(fù)雜多變，廢水經(jīng)生化處理(水解酸化、曝氣氧化)后有時(shí)尚難達(dá)標(biāo)，西安某中藥廠采用粒狀活性炭吸附塔為終級(jí)水質(zhì)把關(guān)設(shè)備，以排放達(dá)標(biāo)稠油的蒸汽驅(qū)采會(huì)產(chǎn)生大量含油廢水，采油廢水回用是油田節(jié)水的重要措施，回用水水質(zhì)   符合SYJ10027-93鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn)。研究提出采用溶氣氣浮處理，好氧曝氣二級(jí)處理，再經(jīng)混凝沉淀、砂濾、活性炭吸附處理后，出水水質(zhì)可滿足鍋爐回用水水質(zhì)要求。廣州石化總廠廢水經(jīng)隔油、浮選、氧化溝兩級(jí)處理后出水COD和NH4+-N達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，龐金釗等，研究用生物膜反應(yīng)器取代氧化溝進(jìn)行二級(jí)生化處理，廢水再經(jīng)活性炭吸附塔處理，出水可達(dá)二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。山東藤華染色有限公司排放的印染廢水經(jīng)好氧曝氣，二沉池出水再經(jīng)纖維過濾和兩級(jí)活性炭吸附塔處理后，水質(zhì)符合生產(chǎn)回用技術(shù)要求，對(duì)南寧市某糖紙廠(用甘蔗渣為原料造紙)中段廢水采用混凝、生化、O3/生物活性炭處理工藝，出水符合飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

2、活性炭用于廢水的化學(xué)降解反應(yīng)單元：

為了降低高濃廢水的生化處理負(fù)荷，近年來基于電化學(xué)反應(yīng)原理的各種污水生化預(yù)處理反應(yīng)器應(yīng)運(yùn)而生。該類反應(yīng)器目前有以下幾種：一、氧化絮凝復(fù)合反應(yīng)器(OFR)，有電極板和催化劑，空氣作氧化劑，需耗電能;二、鐵碳微電解反應(yīng)器，空氣作氧化劑，不需外供能源，但要求廢水PH值應(yīng)處于合理范圍;三、粒子群電極電解反應(yīng)器，需耗電能，空氣作氧化劑。

電化學(xué)法(有時(shí)稱為電解法)處理高濃廢水的原理，是利用電化學(xué)反應(yīng)的氧化還原、電附集、催化、混凝、吸附過濾等綜合效應(yīng)達(dá)到物的降解、絮凝效果。反應(yīng)器中連續(xù)產(chǎn)生的·OH自由基和態(tài)H可使大分子斷鏈，提高廢水的可生化性;另外，由于目前電解反應(yīng)器中一般均填充經(jīng)酸活化后的鐵屑或其它含鐵填料，電化學(xué)反應(yīng)生成的態(tài)Fe2+離子是活潑混凝劑，也使廢水中一部分物絮凝沉淀而分離。鐵碳微電解反應(yīng)器又稱內(nèi)電解反應(yīng)器，由于不耗電能，故研究報(bào)道較多。該類反應(yīng)器多由   粒度的機(jī)加工廢鐵屑經(jīng)酸煮活化后作主填料，選出用焦炭、石墨、粉煤灰等作床層疏松劑及內(nèi)電解電池的陰極，當(dāng)鐵屑含碳量較高時(shí)，活化后的鐵屑可直接用作內(nèi)電解反應(yīng)器填料。從理論上講，活性炭代替焦炭、石墨等作內(nèi)電解反應(yīng)器的輔助填充劑和陰極材料效果   佳，但迄今尚未見到此方面的報(bào)道。

陶龍?bào)J等提出，為了加快廢水中物的電化學(xué)反應(yīng)及氧化反應(yīng)速率，可采用增加電極的過電位及電極表面積、電極材料和改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)等方法。他們選擇鈦?zhàn)麟姌O基材，在其表面覆蓋一層SnO2和Sb2O3的混合物制成復(fù)合高析氧性電極;選擇適宜的活性炭作粒子群電極，傳質(zhì)過程;另在電解槽的陽極或陰極室填充導(dǎo)電粒子作為平板電極外延部分，使反應(yīng)速率加快。該復(fù)合粒子群電解反應(yīng)器用于高濃廢水處理時(shí)可顯著提高COD和色度的脫除率?；钚蕴吭谄渲械淖饔檬鞘刮镌谄浔砻娓患⒈患薪到猓饧与妶?chǎng)可使活性炭的吸附過程   易進(jìn)行(活性炭具   的導(dǎo)電性)，氧化降解速率大為加快。在該反應(yīng)器中活性炭的飽和吸附量并非是   的性能指標(biāo)。

2.1、活性炭吸附法處理染料廢水：

紡織工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了染料生產(chǎn)的發(fā)展。調(diào)查表明，全世界每年生產(chǎn)的染料超過70萬噸，其中的2%直接進(jìn)入水體以廢水的形式排出，10%在隨后的紡織染色過程中損失。染料廢水成分復(fù)雜，水質(zhì)變化大，色度深，濃度大，處理困難。染料廢水的處理方法很多，主要有氧化、吸附、膜分離、絮凝、生物降解等。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中吸附法是利用吸附劑對(duì)廢水中污染物的吸附作用去除污染物.吸附劑是多孔性物質(zhì)，具有很大的比表面積.活性炭是目前的吸附劑之一，能地去除廢水的色度和COD.活性炭處理染料廢水在   都有研究，但大多數(shù)是和其它工藝耦合，其中活性炭吸附多用于處理或?qū)⒒钚蕴孔鳛檩d體和催化劑，單獨(dú)使用活性炭處理較染料廢水的研究很少。

活性炭對(duì)染料廢水有良好的脫色效果.酸性品紅廢水的脫色容易，堿性品紅廢水次之，活性黑B 133廢水難.染料廢水的脫色率隨溫度的升高而增加，pH值對(duì)染料廢水的脫色效果沒有太大的影響。在佳的吸附工藝條件下，酸性品紅、堿性品紅和活性黑B 133染料廢水的脫色率均超過，出水的色度稀釋倍數(shù)不大于50倍，COD小于50mg/L，達(dá)到我國排放標(biāo)準(zhǔn)。考慮到分離出的活性炭仍具有部分吸附能力，而且活性炭?jī)r(jià)格貴。因此，可以利用這些活性炭處理染料廢水使其達(dá)到較低的中間濃度，然后再用新的活性炭使處于中間濃度的染料廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，以便減小成本。

含有芳香化合物等有毒難降解污染物的廢水，因其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可生化性差，常規(guī)處理方法難以致效，成為當(dāng)前我國水處理需要解決的技術(shù)難題。氧化技術(shù)和活性炭(AC)吸附則是研究較為廣泛的兩種處理方法。

近年來，電化學(xué)氧化技術(shù)作為一種新發(fā)展的氧化技術(shù)因其處理、操作簡(jiǎn)便、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，引起關(guān)注。它通過電極反應(yīng)產(chǎn)生氧化能力的羥基自由基降解污染物。研究表明，當(dāng)污染物濃度較低時(shí)，傳質(zhì)將成為控制因素，導(dǎo)致降解過程僅發(fā)生在陽極表面而很少在溶液主體，并且因降解中間產(chǎn)物的滯留導(dǎo)致陽極毒化。從而降低了處理效果。另一方面，活性炭因其的吸附能力在廢水處理中獲得廣泛的應(yīng)用。但其成本高，且易吸附飽和，若不進(jìn)行   回收不僅不經(jīng)濟(jì)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。常用的   方法如熱   和化學(xué)法   法等。需高溫或高壓條件，費(fèi)用高。近來，電化學(xué)   法因其了研究者的注意，在常溫常壓下其   效率可達(dá)85%。但目前報(bào)道的電化學(xué)   方法時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5h，主要原因是：

(1)采用石墨等常規(guī)電極，不易產(chǎn)生羥基自由基等活性物種，氧化性欠強(qiáng)，導(dǎo)致   不   。

(2)   裝置很少考慮傳質(zhì)，導(dǎo)致   時(shí)間長(zhǎng)。

基于上述研究背景，提出拉將活性炭吸附和電化學(xué)氧化集于一體的新型“相轉(zhuǎn)移”廢水處理方法。   先將污染物通過活性炭流化床吸附。然后通過床內(nèi)   的電化學(xué)裝置實(shí)現(xiàn)活性炭現(xiàn)場(chǎng)   ，從而使得轉(zhuǎn)移到活性炭上的污染物降解，而活性炭   后能該體系的反復(fù)運(yùn)行。目前，活性炭的   存在   的局限性，限制了活性炭的應(yīng)用，如果   問題解決，活性炭在處理廢水中的應(yīng)用會(huì)   加廣泛。

2.2、粉煤灰活性炭處理含鉻電鍍廢水：

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年排出的電鍍廢水約為40×108m3，其中不僅含有氰化物等劇毒成分，而且含有鉻、鋅、銅、鎳等金屬離子。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CrO2-4，HCrO-4， Cr2O2-7等形式存在。研究發(fā)現(xiàn)，六價(jià)鉻有致癌的危害，其毒性比三價(jià)鉻強(qiáng)很多倍。含鉻電鍍廢水的處理方法很多，主要有化學(xué)沉淀法、活性炭法、電解法和膜處理法等活性炭法中以粉煤灰活性炭為吸附劑、還原劑對(duì)含Cr(Ⅵ)的電鍍廢水進(jìn)行了處理。

pH值對(duì)吸附量和去除率有較大影響， pH值為3左右時(shí)吸附量達(dá)到較大， Cr(Ⅵ)去除效果較好， pH值過高或過低時(shí)，粉煤灰活性炭對(duì)Cr (Ⅵ)的吸附能力較低。

吸附時(shí)間對(duì)吸附量和去除率有   的影響，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，吸附量和去除率均增大，當(dāng)時(shí)間為1.5h時(shí)，吸附基本   ，時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，吸附量和去除率雖然增加但不明顯。被活性炭吸附的Cr(Ⅵ)，經(jīng)化學(xué)還原生成Cr3+，在酸性條件下Cr3+與活性炭脫附，因而可以使活性炭   ，其   的方法是用5%的H2SO4溶液浸泡活性炭，使Cr3+   解吸，然后用水沖洗、干燥。   后的活性炭對(duì)Cr (Ⅵ)的去除效果略有下降。Cr3+溶液用堿中和生成Cr(OH)3，Cr(OH)3可回收利用，防止二次污染。

3、回顧與展望：

高濃廢水因污染成分復(fù)雜，水質(zhì)水量變化頻繁等特點(diǎn)，是難治理的工業(yè)廢水，很難找到具有普遍適用性的治理工藝方法。各種活性炭吸附劑因其的應(yīng)用性能，在該類廢水治理中較廣泛的應(yīng)用。

在廢水的物化處理工序，活性炭主要用于一些難生化降解或?qū)ξ⑸镉卸竞Φ奈廴疚锏奈交騾f(xié)助絮凝等物化分離過程。

在二級(jí)生化降解處理工序，活性炭多用作各種新型高負(fù)荷生化反應(yīng)器的生物膜載體填料，以富集物，提高生化降解反應(yīng)的速率和終轉(zhuǎn)化率。究其根本，仍是利用活性炭的物化分離特性。

在廢水的處理工序，活性炭多用來吸附水中的殘留物，使出水水質(zhì)達(dá)到生產(chǎn)回用指標(biāo)要求。

基于電化學(xué)反應(yīng)原理的各種電解反應(yīng)器是于一些高濃廢水治理的生化預(yù)處理裝置，活性炭因其高固定碳含量，   的導(dǎo)電率及巨大的比表面積和吸附能力，在此類反應(yīng)器中應(yīng)用潛力很大，需加強(qiáng)研究。

活性炭吸附塔