活性炭吸附在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

楊娜 葉樹(shù)強(qiáng) 周朝勇

摘 要：文章以活性炭吸附工藝在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用為對(duì)象展開(kāi)探究，首先對(duì)活性炭的吸附機(jī)理及其應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)展開(kāi)分析，隨后從含有廢水凈化、染料廢水凈化、重金屬?gòu)U水凈化三個(gè)角度對(duì)其具體應(yīng)用展開(kāi)敘述，并從活性炭組合工藝的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，以期能夠?qū)钚蕴课焦に囋诠I(yè)廢水治理研究中的進(jìn)一步發(fā)展提供一定的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：活性炭吸附法；工業(yè)廢水；原理；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：X131，2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）06-0049-02

近些年，伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增長(zhǎng)和工業(yè)化腳步的不斷增速，因工業(yè)生產(chǎn)而產(chǎn)生的大量工業(yè)廢水則成為了威脅生態(tài)環(huán)境安全的重要源頭之一。工業(yè)廢水中富含有各類重金屬離子、有機(jī)化合物等物質(zhì)且部分具有強(qiáng)烈毒性，一旦未經(jīng)處理而流入環(huán)境便會(huì)造成難以挽回的破壞。有鑒于此，加強(qiáng)對(duì)工業(yè)廢水處理技術(shù)的深入研究刻不容緩，而活性炭吸附法作為一種有效的工業(yè)廢水處理技術(shù)理當(dāng)受到社會(huì)的重視，并對(duì)其具體應(yīng)用展開(kāi)深入分析。

1 活性炭吸附機(jī)理分析

活性炭吸附技術(shù)是通過(guò)對(duì)活性炭表面所獨(dú)有的吸附功效對(duì)工業(yè)廢水中的某種或多種有害物質(zhì)進(jìn)行吸附清除從而達(dá)到廢水凈化效果的目的。究其本質(zhì)而言，活性炭的吸附功能主要源于兩個(gè)方面：

①是因?yàn)榛钚蕴康膬?nèi)部分子處于各向受力均等的情況，而其表面分子則處于各向受力不均的情況，從而使得其他物質(zhì)分子極易在力的作用下吸附于活性炭表面，這一過(guò)程為物理吸附；

②是因?yàn)榛钚蕴咳菀淄轿镩g發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到吸附凈化的效果，這一過(guò)程為化學(xué)吸附?；钚蕴康奈焦πЬ褪巧衔乃鰞煞N吸附過(guò)程的綜合產(chǎn)物。

當(dāng)活性炭在溶液中的吸附效率同解析效率同步時(shí)（單位時(shí)間內(nèi)活性炭對(duì)溶液中物質(zhì)的吸附數(shù)量等同于解析數(shù)量）被吸附物質(zhì)在活性炭表面及溶液中的含量便會(huì)處于動(dòng)態(tài)平衡之中，這就是活性炭吸附平衡點(diǎn)，此時(shí)被吸附物在溶液中的濃度便是平衡濃度，我們以q代表活性炭吸附能力，則其表達(dá)式：

q=V（CO-C）/M

式中：q代表活性炭吸附量（一單位活性炭可吸附的雜志質(zhì)量），g/g；

V代表待凈化廢水總量，L；

C0、C分別代表凈化前后水體中的雜質(zhì)質(zhì)量濃度，g/L；

M代表廢液中加入的活性炭總量，g。

而在溫度恒定的條件下，活性炭的吸附量q同凈化后水體中雜志質(zhì)量濃度C的關(guān)系曲線被稱之為吸附等溫線，對(duì)于廢水處理行業(yè)而言，一般選用費(fèi)蘭德利希吸附等溫線代表活性炭吸附功能的大小，其表達(dá)式：

q=K·C1/n

式中：K代表同活性炭表面積、溫度等相關(guān)的系數(shù)；

N代表同溫度相關(guān)的常數(shù)。

2 活性炭吸附法優(yōu)點(diǎn)分析

活性炭作為具備多孔隙、大表面積、高吸附量、高穩(wěn)定性等諸多特點(diǎn)的一種高效吸附劑，具備下述優(yōu)點(diǎn)。

2.1 可獨(dú)自使用

使用時(shí)無(wú)需添加其他絮凝劑或氧化劑等化學(xué)試劑，可直接通過(guò)自身的微孔特性進(jìn)行吸附凈化作業(yè)。

2.2 制作成本低廉且使用方法簡(jiǎn)便

活性炭的制作僅需通過(guò)木材、煤炭等即可獲得，相較而言成本低廉同時(shí)使用時(shí)無(wú)需其他操作，只需投入廢液中即可，操作工藝簡(jiǎn)單便捷。

2.3 吸附效果優(yōu)良

活性炭獨(dú)有的大表面積、多孔隙特征，使得其具有良好的吸附效果，特別是對(duì)種金屬離子等分子雜質(zhì)的吸附效果尤為顯著。

2.4 不易造成二次污染

活性炭吸附過(guò)程以物理吸附為主，吸附出的難降解雜志等可直接同活性炭進(jìn)行一體填埋，從而避免再次溶入水體形成二次污染。

2.5 可重復(fù)利用

經(jīng)過(guò)廢水凈化作業(yè)的活性炭能夠通過(guò)化學(xué)溶液再生法、熱再生法、電化學(xué)法、生物再生法等諸多途徑實(shí)現(xiàn)回收使用。

3 活性炭吸附法的具體應(yīng)用

3.1 在含油廢水凈化中的應(yīng)用

在工業(yè)廢水中含油污水不僅產(chǎn)量巨大且涉及行業(yè)眾多，譬如石油開(kāi)采與提煉、油品的運(yùn)、交通航運(yùn)、機(jī)械制造、食品加工等，在其生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中均會(huì)不同程度的產(chǎn)生各類含油污水，進(jìn)而對(duì)生態(tài)環(huán)境特別是水資源環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。

活性炭作為一種親油性材質(zhì)，能夠?qū)I(yè)廢水中的分散油、溶解油、乳化油等進(jìn)行有效吸附，但通常情況下活性炭對(duì)油的吸附容量較為有限（介于30～70 mg/g），加之活性炭吸油后難以實(shí)現(xiàn)二次利用，這使得其在含油廢水凈化中的應(yīng)用成本較高，因此在含油廢水的凈化處理中活性炭通常僅僅作為最后一級(jí)處理，即用以對(duì)廢液中微量污染物的清除，從而實(shí)現(xiàn)深度凈化的目標(biāo)。

一般而言，經(jīng)過(guò)活性炭吸附處理后廢水中的油類物質(zhì)的含量可達(dá)0.1～0.2 mg/L以下。

3.2 在染料廢水凈化中的應(yīng)用

伴隨現(xiàn)代化紡織工業(yè)的不斷發(fā)展，印染行業(yè)也獲得長(zhǎng)遠(yuǎn)進(jìn)步。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)顯示，全球印染行業(yè)約有近2萬(wàn)t染料會(huì)直接進(jìn)入水體中以廢水的形式排入自然環(huán)境中。這些染料不僅組分復(fù)雜且色度深、濃度高，使得處理極為繁瑣，較為常見(jiàn)的處理手段有氧化、絮凝、膜分離、吸附、降解等，其中活性炭吸附處理作為研究較為深入的一種，應(yīng)用極為廣泛，主要用于對(duì)工業(yè)廢水匯總COD及色度的清除，且在使用中多是將活性炭作為催化劑載體同其他工藝綜合應(yīng)用。此外，在染料廢水的凈化處理中，其脫色率同溫度存在正比關(guān)系，而同酸堿度無(wú)關(guān)，因此合適的溫度選擇尤為重要。

一般而言，以最近吸附條件凈化處理后的染料廢水其脫色率可達(dá)98%左右，出水的色度稀釋倍數(shù)近50倍，COD質(zhì)量含量小于50 mg/L，滿足我國(guó)工業(yè)廢水一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 在含汞、鉻廢水凈化中的應(yīng)用

3.3.1 含汞廢水處理

在眾多金屬污染物中，金屬汞的毒性最強(qiáng)，其一旦進(jìn)入人體便會(huì)對(duì)人體各類蛋白質(zhì)的功能造成嚴(yán)重?fù)p壞，從而危機(jī)人體健康。活性炭雖對(duì)金屬汞離子及其化合物具備一定的吸附能力，但相對(duì)有限，多用于低含汞量廢水的凈化處理中或是高濃度含汞廢液多層處理的最后一層。

3.3.2 含鉻廢水的處理

近年來(lái)隨著電子行業(yè)的飛速進(jìn)步，電鍍行業(yè)隨之崛起，而其生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量含鉻廢水亦對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。根據(jù)有關(guān)調(diào)查，金屬鉻離子不僅毒性強(qiáng)大且極易在各類動(dòng)植物體內(nèi)集聚，進(jìn)而由生物鏈匯入人體，對(duì)人體呼吸道及內(nèi)臟造成嚴(yán)重傷害。而活性炭表面由于含有數(shù)量眾多的含氧基團(tuán)，譬如—COOH、—OH等，這些含氧基團(tuán)的靜電吸附功能對(duì)金屬鉻離子具有強(qiáng)大的化學(xué)吸附效果。

試驗(yàn)表明，含鉻廢水含鉻量為50 mg/L、吸附用時(shí)1.5 h、酸堿度=3時(shí)通過(guò)活性炭吸附處理的含鉻廢水凈化效果最佳。加之，活性炭處理含鉻廢水操作簡(jiǎn)便、成本低廉、吸附效果穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。

4 活性炭吸附組合工藝發(fā)展

在實(shí)際應(yīng)用中，為更好的提升對(duì)工業(yè)廢水的凈化效果，還可將活性炭同其他工藝進(jìn)行綜合利用，從而構(gòu)成活性炭吸附組合技術(shù)，其中較為常見(jiàn)的幾種如下所述。

4.1 活性炭同臭氧的組合工藝

臭氧所具有的強(qiáng)氧化性，對(duì)水體有著良好的殺菌效果，不僅可對(duì)活性炭的凈化進(jìn)行有效補(bǔ)充，而且臭氧還可將大分子有機(jī)物分解，使其變?yōu)樾》肿有螒B(tài)，從而更加便于活性炭吸附，實(shí)現(xiàn)對(duì)活性炭吸附功效的提升。通過(guò)兩者的組合使用，工業(yè)廢水的凈化效果可大幅提升。

4.2 生物活性炭組合工藝

生物膜凈化工藝是一種常用于水體有機(jī)物清理的手段，通過(guò)人工手段讓生物膜在活性炭?jī)?nèi)部生長(zhǎng)，進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)以活性炭充當(dāng)骨架的生物膜系統(tǒng)，如此一來(lái)不僅能夠大幅增加生物膜同有機(jī)污染物的接觸時(shí)間，還能更好的發(fā)揮活性炭的吸附功效，從而實(shí)現(xiàn)“1+1>2”的功效，提升工業(yè)廢水的凈化效果。

4.3 活性炭電解法

電解法常被用于水體雜質(zhì)的降解凈化，但受到電極接觸面積的局限，其對(duì)廢水的凈化效果相對(duì)有限且能耗偏大，而活性炭自身則擁有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，以活性炭代替?zhèn)鹘y(tǒng)電極，能夠充分利用活性炭表面積大、吸附性好的特點(diǎn)，提升電解效率。根據(jù)相關(guān)測(cè)試顯示，選用活性炭充當(dāng)電極的電解水處理工藝電流利用效率大幅提升，已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。

5 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，活性炭吸附作為一種高效、清潔的廢水凈化手段，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，其應(yīng)用范圍亦將進(jìn)一步擴(kuò)大完善。但其作為一種較新的技術(shù)手段，無(wú)論在理論研究還是實(shí)際應(yīng)用中均存在一定不足，特別是生產(chǎn)制造工藝的欠缺，使得其供應(yīng)量亦相對(duì)緊張。面對(duì)這些問(wèn)題，政府及專家學(xué)者均應(yīng)投入積極相關(guān)工作的探究中，不斷研發(fā)全新的活性炭制造及應(yīng)用工藝，從而更好的發(fā)揮其凈化效果，推動(dòng)工業(yè)廢水凈化效果的進(jìn)一步提升與完善。

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