活性炭在水處理中的應(yīng)用

1.前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年排出的 工業(yè) 廢水約為8×108 m3 ，其中不僅含有氰化物等劇毒成分，而且含有鉻、鋅、鎳等金屬離子。廢水的處理 方法 很多，主要有化學(xué)沉淀法、電解法和膜處理法等[1]，本文介紹的是活性炭吸附法?；钚蕴康谋砻娣e巨大，有很高的物理吸附和化學(xué)吸附功能。因此活性炭吸附法被廣泛 應(yīng)用 在廢水處理中。而且具有效率高，效果好等特點(diǎn)。

2、活性炭

活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭，具有無(wú)數(shù)細(xì)小孔隙，表面積巨大，每克活性炭的表面積為500-1500平方米?；钚蕴坑泻軓?qiáng)的物理吸附和化學(xué)吸附功能，而且還具有解毒作用。解毒作用就是利用了其巨大的面積，將毒物吸附在活性炭的微孔中，從而阻止毒物的吸收。同時(shí)，活性炭能與多種化學(xué)物質(zhì)結(jié)合，從而阻止這些物質(zhì)的吸收。

2.1 活性炭的分類(lèi)

在生產(chǎn)中應(yīng)用的活性炭種類(lèi)有很多。一般制成粉末狀或顆粒狀。

粉末狀的活性炭吸附能力強(qiáng)，制備容易，價(jià)格較低，但再生困難，一般不能重復(fù)使用。

顆粒狀的活性炭?jī)r(jià)格較貴，但可再生后重復(fù)使用，并且使用時(shí)的勞動(dòng)條件較好，操作管理方便。因此在水處理中較多采用顆粒狀活性炭[1].

2.2 活性炭吸附

活性炭吸附是指利用活性炭的固體表面對(duì)水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

2.3 影響 活性炭吸附的因素

吸附能力和吸附速度是衡量吸附過(guò)程的主要指標(biāo)[2].吸附能力的大小是用吸附量來(lái)衡量的。而吸附速度是指單位重量吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。在水處理中，吸附速度決定了污水需要和吸附劑接觸時(shí)間。

活性炭的吸附能力與活性炭的孔隙大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，顆粒越小，孔隙擴(kuò)散速度越快，活性炭的吸附能力就越強(qiáng)。

污水的pH值和溫度對(duì)活性炭的吸附也有影響?；钚蕴恳话阍谒嵝詶l件下比在堿性條件下有較高的吸附量[2].吸附反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)，因此溫度低對(duì)吸附反應(yīng)有利。

當(dāng)然，活性炭的吸附能力與污水濃度有關(guān)。在一定的溫度下，活性炭的吸附量隨被吸附物質(zhì)平衡濃度的提高而提高。

3、活性炭在污水處理中的應(yīng)用

由于活性炭對(duì)水的預(yù)處理要求高，而且活性炭的價(jià)格昂貴，因此在廢水處理中，活性炭主要用來(lái)去除廢水中的微量污染物，以達(dá)到深度凈化的目的。

3.1 活性炭處理含鉻廢水

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 值的不同分別以不同的形式存在。

活性炭有非常發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，具有極強(qiáng)的物理吸附能力，能有效地吸附廢水中的Cr （ Ⅵ） .活性炭的表面存在大量的含氧基團(tuán)如羥基（- OH） 、羧基（-COOH） 等，它們都有靜電吸附功能，對(duì)Cr （ Ⅵ） 產(chǎn)生化學(xué)吸附作用。完全可以用于處理電鍍廢水中的Cr （ Ⅵ） ，吸附后的廢水可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)[4].

試驗(yàn)表明：溶液中Cr （ Ⅵ） 質(zhì)量濃度為50 mg/ L ， pH = 3 ，吸附時(shí)間1. 5 h 時(shí)，活性炭的吸附性能和Cr （ Ⅵ） 的去除率均達(dá)到最佳效果[5].

因此，利用活性炭處理含鉻廢水的過(guò)程是活性炭對(duì)溶液中Cr （ Ⅵ） 的物理吸附、化學(xué)吸附、化學(xué)還原等綜合作用的結(jié)果?；钚蕴刻幚砗t廢水，吸附性能穩(wěn)定，處理效率高，操作費(fèi)用低，有一定的 社會(huì) 效益和 經(jīng)濟(jì) 效益。

3.2 活性炭處理含氰廢水

在工業(yè)生產(chǎn)中，金銀的濕法提取、化學(xué)纖維的生產(chǎn)、煉焦、合成氨、電鍍、煤氣生產(chǎn)等行業(yè)均使用氰化物或副產(chǎn)氰化物[6]，因而在生產(chǎn)過(guò)程中必然要排放一定數(shù)量的含氰廢水。

活性炭用于凈化廢水已有相當(dāng)長(zhǎng)的 歷史 ，應(yīng)用于處理含氰廢水的 文獻(xiàn) 報(bào)道也越來(lái)越多[7].但由于CN_、HCN 在活性炭上的吸附容量小，一般為3 mgCN/ gAC～8 mgCN/ gAC （因品種而異） [6] ，在處理成本上不合算。

3.3 活性炭處理含汞廢水

活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能，但吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。如果含汞的濃度較高，可以先用化學(xué)沉淀法處理，處理后含汞約1mg/L，高時(shí)可達(dá)2-3 mg/L，然后再用活性炭做進(jìn)一步的處理。

3.4 活性炭處理含酚廢水

含酚廢水廣泛來(lái)源于石油化工廠(chǎng)、樹(shù)脂廠(chǎng)、焦化廠(chǎng)和煉油化工廠(chǎng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明：活性炭對(duì)苯酚的吸附性能好，溫度升高不利于吸附，使吸附容量減??；但升高溫度達(dá)到吸附平衡的時(shí)間縮短?；钚蕴康挠昧亢臀綍r(shí)間存在最佳值，在酸性和中性條件下，去除率變化不大；強(qiáng)堿性條件下，苯酚去除率急劇下降，堿性越強(qiáng)，吸附效果越差。

4、前景

隨著 科學(xué) 技術(shù)的進(jìn)步和廢水處理的特殊要求，活性炭的 研究 從本身的孔結(jié)構(gòu)和比表面積逐步 發(fā)展 到研究表面官能團(tuán)對(duì)活性炭吸附性能的 影響 。

例如，活性炭纖維（簡(jiǎn)稱(chēng)ACF）近年來(lái)在處理廢水方面受到了科研工作者的重視，它的直徑一般為5～20μm，其制備原理與傳統(tǒng)的活性炭制備相同，即將纖維狀碳在800℃以上用水蒸氣或二氧化碳活化處理。纖維狀活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)以微孔為主，中孔很少，幾乎沒(méi)有大孔，比表面積可達(dá) 2500m2/ g.具有吸附和脫附速率決，吸附容量大，導(dǎo)電性高等特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)表明，ACF對(duì)苯酚的吸附容量為248 mg/g，吸附飽和后經(jīng)多次再生吸附容量幾乎不變，吸附性能比活性炭好。室溫時(shí)，在酸性或中性條件下，向100mL濃度為282mg/L的含酚模擬廢水投加活性炭纖維0.5g，恒溫振蕩30 min，苯酚去除率可達(dá)91%[8].

最近，人們發(fā)現(xiàn)活性炭不僅有吸附特性，同時(shí)表現(xiàn)出催化特性，由此而發(fā)展起來(lái)的催化氧化法日益受到重視，其研究也在不斷深化。為了提高處理效率，從研究催化氧化機(jī)理出發(fā)，改變活性炭的表面結(jié)構(gòu)[9]，提高活性炭的能力，尋找理想的吸附劑。

5、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前 中國(guó) 使用活性炭吸附法處理廢水的 方法 處于初始發(fā)展階段。一些有關(guān)的 理論 和技術(shù)還不夠成熟。而且，在我國(guó)， 目前 活性炭的供應(yīng)比較緊張，再生設(shè)備少，再生費(fèi)用高，限制了活性炭的廣泛使用。不同 應(yīng)用 需要不同功能的活性炭。原有的活性炭產(chǎn)品不能滿(mǎn)足新的要求，因而不斷開(kāi)發(fā)新的活性炭產(chǎn)品就顯得十分重要。所以，它需要專(zhuān)業(yè)工作者的積極參與和政府的鼎力支持，采取多學(xué)科交叉與融合的研究方法，使活性炭處理廢水技術(shù)向著更加科學(xué)美好的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]高廷耀、顧國(guó)維，水污染控制工程 下冊(cè)（第二版），高等 教育 出版社，1999.

[2]黃瑞光，21 世紀(jì)電鍍廢水的發(fā)展趨勢(shì)[J ]，電鍍與精飾，2002 ，24 （3） ：1～2.

[3]劉培桐等，環(huán)境學(xué)概論，高等教育出版社，1995；10.

[4]李國(guó)斌、楊明平，粉煤灰活性炭處理含鉻電鍍廢水，材料保護(hù)，2004，37（12）。

[5]黃巍。 活性炭吸附法處理含鉻電鍍廢水探討[J ]， 江蘇環(huán)境 科技 ，2001 ，14 （3）。

[6]李德永、武麗麗，含氰廢水的處理方法，山西化工，2005，25（2）；

[7] 韋朝海，肖錦，含氰廢水處理方法的發(fā)展及評(píng)述[J ]， 工業(yè) 水處理，1991 ，11 （2） ：3～8.

[8]王海榮、劉秉濤、李凱慧，吸附法處理含酚模擬廢水的實(shí)驗(yàn)研究，河南化工，2005.

作者簡(jiǎn)介：陳春錦，1995年1月1日出生?，F(xiàn)就讀于鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院水利水電工程專(zhuān)業(yè)。