堿液與超聲波聯(lián)用再生活性炭技術(shù)中堿液種類和濃度對再生和利用率的影響

楊 唐，趙英杰，杜 姍，聶海泊，張 偉，李 璞

(1.青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，山東青島266033;2.中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266033)

近年來，利用活性炭吸附進(jìn)行水污染控制和環(huán)境保護(hù)的廣度和深度不斷延伸，尤其在去除有機(jī)物［1］、余氯［2］、重金屬［3］、硫［4］、偶氮［5］等污染物和處理垃圾滲濾液［6］、焦化廢水［7］、印染廢水［8］、河流原水［9］、生活污水等方面應(yīng)用廣泛;也有研究采用聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行處理，如臭氧與活性炭聯(lián)用［9］、活性炭與膜聯(lián)用［10］、微波協(xié)同活性炭［5］等。

通過活性炭再生不僅可以重復(fù)利用節(jié)約資源，而且能有效地減少因飽和活性炭排放造成的二次污染。其中，再生技術(shù)有物理、化學(xué)、生物等，物理方法包括熱再生［11］、微波加熱處理［12］、超聲波［13］、萃取等，化學(xué)方法包括堿液再生［13］、電化學(xué)［13］等。該研究利用椰殼類活性炭分別對青島市某污水處理廠二級出水和人工配制的與二級出水有機(jī)物濃度相同的鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液在相同條件下進(jìn)行飽和吸附，采用不同濃度不同種類的堿液與超聲波聯(lián)用多次再生活性炭，考察堿液與超聲波聯(lián)用再生活性炭過程中堿液種類和濃度對再生效率的影響以及不同水質(zhì)條件對堿液與超聲波聯(lián)用再生活性炭技術(shù)再生效率的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器 該研究中的用水為青島市某污水處理廠二級出水，水質(zhì)組分復(fù)雜，其中COD、TP、TN、氨氮、硝氮、磷酸鹽等常規(guī)控制指標(biāo)的排放均滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918－2002》一級B標(biāo)準(zhǔn)。另外，人工配制與二級出水有機(jī)物濃度相同(以COD計)的鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液。

應(yīng)用的儀器主要有堿式滴定管、超聲波清洗器、COD消解器等。在該研究中采用的指示劑為0.1%的亞甲基藍(lán)乙醇溶液和0.1%的中性紅乙醇溶液所配制的混合指示劑。

1.2 試驗方法

(1)進(jìn)行3組對比試驗。分別將20 g椰殼類活性炭放入3個燒杯中，加入過量的一定濃度的鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液(控制其有機(jī)物濃度與實際試驗用二級出水相同)，用玻璃棒攪拌促進(jìn)吸附至飽和，測定此時COD濃度，計算平衡吸附量。

(2)將飽和的活性炭與鄰苯二甲酸氫鉀混合液經(jīng)定性濾紙過濾后，將活性炭倒入燒杯(有適量超純水)中，并滴入0.1%的亞甲基藍(lán)乙醇溶液和0.1%的中性紅乙醇溶液所配制的混合指示劑。將燒杯隔水放入超聲波清洗器，開啟超聲波處理的同時，3組對比試驗分別采用0.8 mol/L(以O(shè)H－計)的NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2標(biāo)準(zhǔn)溶液通過堿式滴定管進(jìn)行滴定，溶液由紫藍(lán)色變?yōu)榫G色時，視為到達(dá)反應(yīng)終點，計算消耗堿液的體積。

(3)分別將再生后的活性炭用超純水清洗3次，過濾、烘干后進(jìn)行稱重，計算碳的損失率，并重新進(jìn)行飽和吸附，測定TOC濃度，計算平衡吸附量。

(4)重復(fù)步驟(2)、(3)5次，測定每次吸附再生后堿液種類對再生效率的影響。

(5)將3種堿液的濃度(以 OH－計)分別換為0.4、0.8、1.2 mol/L，重復(fù)上述試驗測定多次吸附再生后堿液濃度對再生效率的影響。

實際污水組分復(fù)雜，活性炭除吸附有機(jī)物外，對余氯、絡(luò)合重金屬、典型藻致溴味物質(zhì)等其他污染物也有一定的吸附。為了對比考察單一鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液和實際污水再生活性炭過程中堿液種類和濃度對再生效率的影響，將鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液更換為過量經(jīng)定性濾紙過濾后的二級出水進(jìn)行上述試驗。

2 結(jié)果與分析

利用活性炭吸附二級出水中污染物至飽和，而后采用堿液與超聲波聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行再生，循環(huán)5次飽和再生過程，計算在不同堿液濃度(以O(shè)H－計)條件下，不同種類的堿液再生活性炭的用量和碳的損失率，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，在同一堿液濃度(以O(shè)H－計)下，處理再生相同的飽和活性炭，不同種類的堿液用量大小依次為 Ca(OH)2、Mg(OH)2、NaOH，隨著堿液濃度的升高，在該試驗條件下任一種類的堿液用量減小;不同種類的堿液對于碳的損失大小順序為NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2，隨著堿液濃度的升高，在該試驗條件下任一種類的堿液對碳損失增加。隨著再生次數(shù)的增加，堿液的消耗量下降，碳的損失量增加，但相對第一次再生后，其后再生時碳的損失量的增加幅度較小。

同時，通過人工配制與二級出水有機(jī)物濃度(以COD計)相同的鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行與二級出水相同條件下的飽和再生試驗，計算在不同堿液濃度(以O(shè)H－計)條件下，比較不同種類的堿液再生活性炭的用量和碳的損失率，考察單一污染物的人工配水堿液與超聲波聯(lián)用再生活性炭技術(shù)中堿液種類和濃度對再生和利用率的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，對于人工配制的鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，隨堿液濃度的增加，相同條件下處理飽和的活性炭，堿液消耗量均減小，碳損失量增加。相同條件下處理飽和的活性炭，NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2使用量依次增加，碳損失量依次減小。對比二級出水和鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，在相同試驗條件下控制相同的有機(jī)物濃度，發(fā)現(xiàn)人工配制的鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液堿液消耗量低于二級出水，人工配制的鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液碳損失量高于二級出水。說明在二級出水中除有機(jī)物外，活性炭上吸附的其他污染物的存在在一定程度上也會增加堿液的消耗，同時在一定程度上在活性炭再生時減小碳的損失。

3 結(jié)論

(1)對于鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液和二級出水，在相同條件下處理飽和的活性炭，NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2使用量依次增加，碳損失量依次減小。隨堿液濃度的增加，相同條件下處理飽和的活性炭，任一堿液消耗量均減小，碳損失量增加。

(2)在相同試驗條件下控制相同的有機(jī)物濃度，人工配制的鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液堿液消耗量低于二級出水，人工配制的鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液碳損失量高于二級出水。

(3)隨著再生次數(shù)的增加，堿液的消耗量下降，碳的損失量增加，但相對第一次再生后，其后再生時碳的損失量的增加幅度較小。

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