活性炭对废水中COD的吸附作用
- 字号 + -
本次提出分两步处理高COD染色废水：一是用活性炭吸附染料，二是用高剂量过氧化氢处理吸附的染料。由于COD饱和活性炭的水较少，过氧化量可以显着减少。此外，准确的过氧化物剂量可以去除活性炭表面吸附的COD，同时对活性炭结构的破坏最小，从而可以重复使用再生活性炭。为了测试所提出的可再生吸附-氧化处理的适用性，收集了高COD进水并用于检查活性炭的性能，以及pH和温度的操作吸附条件。
印染废水具有有机污染物含量高、色度高、毒性大、水质变化大等特点。其中，色度高是印染废水处理的一大难题，是由于染色加工过程中部分不能上染坯布的成分复杂的染料导致，主要是以芳烃和杂环化合物为母体，带有显色基团（如-N=O-）和极性基团（如-SO3Na，-OH，-NH2）以及一些助剂，如缓染剂或促染剂等便排入废水中。
印染企业的生产工艺在各类染料和助剂中添加有不同种类、较大剂量的重金属物质，这些重金属物质随工业废水进入污水处理系，往往会抵制微生物的生长，对废水中的好氧生物处理工艺造成严重影响。当水体中重金属积累到一定的限度，就会对水体、水生动物系统产生严重危害，生物体会出现生理受阻、发育停滞、死亡等情况，后果则是整个水生生态系统结构和功能都会受损甚至崩溃。
1 活性炭吸附印染废水机理
1.1 吸附法脱色机理
活性炭具有很大的比表面积，其内部分布着丰富的孔隙，孔隙之间相互连接形成了一个十分发达的网络系统，活性炭从而拥有了很大的比表面积以及其表面布满丰富的官能团，以至于对各种污染物具有良好的吸附去除效果。利用其较强的吸附能力，易吸附较大的染料分子，通过絮凝沉降达到脱色及降低COD含量的效果。
颗粒种类的不同其吸附脱色效果也有所不同。同等条件下，椰壳活性炭比果壳、煤质活性炭对模拟活性染料废水的吸附效果好，果壳活性炭吸附脱色效果次之，煤质活性炭吸附脱色效果较差。活性炭本身结构不同，孔洞具有较大的差异性导致了这种差别。
1.2 活性炭吸附法去除废水中金属离子机理
在对金属离子吸附方面，物理吸附、化学吸附和离子交换是活性炭吸附主要的机理。
臭氧活化活性炭，两种活性炭在不同的活化时间制得，在pH均为6，温度同为298K的相同条件下，两种活性炭与原活性炭对含Cr3+水溶液进行吸附。通过该实验发现，在活性炭与Cr3+的反应中，表面官能团起着着举足轻重的作用，静电相互作用为主要的吸附机理。
1.3 活性炭吸附法对废水中微量有机物的吸附机理
活性炭吸附微量有机物主要可以通过三种机理解释：
(1) 发生在吸附质与表面含氧基团给电子—受电子作用；
(2) 发生在石墨结构的n电子与吸附质之间的扩散作用；
(3) 离子间存在的静电吸引和排斥作用。
活性炭对有机物进行吸附的过程中发现，起较大作用且有较大影响的是其表面的羰基，它和吸附质苯环上的n电子间的作用力是活性炭吸附作用力的主要来源。当吸附质苯环上有吸电子基团时，吸附量会因此增加，是因为吸附质苯环本身是受电子体，而活性炭表面的羰基是给电子体，这两者合在一起便形成了我们所知的给电子受电子复合物。但同理可得，如果活性炭氧化了，其表面的羰基也会氧化成羧基，没有了给电子—受电子结构的复合物，活性炭对有机物的吸附量也就会因此而下降。
活性炭厂家进行了活性炭对取代苯酚进行吸附的研究，在实验过程中也运用了相同的机理。对实际印染废水进行了深度处理，并对处理后的废水的生物毒性进行了表征。实验过程中采用的是经过改良后的活性炭，其表面负载了经驯化后的微生物，以此研究生物活性炭系统中存在的生物相及其降解有机污染物的作用。在活性炭吸附法处理过程中，这三种吸附往往同时存在，去除污染物需要它们的综合作用。
不同的活性炭对印染废水的有机微生物吸附效果也有所不同，活性炭厂家用小型活性炭床吸附印染废水生化出水中各类有机物实验中可得知，煤质炭和椰壳炭对印染废水生化出水中的有机物均有显著的去除效果。
1.4 活性炭吸附法对废水中COD的去除机理
采用煤质碳、木质炭和椰壳炭3种炭型分别进行了吸附试验，研究对象是印染废水生化单元出水。研究表明，活性炭能有效地去除印染废水中的COD、DON及生化出水时的生物毒性。以玉米秸秆和市政污泥为原料，采用化学活化法热解制备的污泥-秸秆基活性炭具有发达的微孔和中孔结构。不同配比的吸附剂的较佳吸附条件不同。在吸附过程中，活性炭对COD的去除率随着吸附时间的增加呈现先逐渐上升而后达到吸附饱和的趋势，酸性环境有利于活性炭表面的碱性基团功能的发挥，进而提高活性炭对渗滤液中COD的净化效率。
有粉末炭和粒状炭之分，前者用于废水处理，通常采用混悬接触吸附的方式；后者用于废水处理，则采用过滤— —吸附的方式。处理系统有两种：一是用活性炭直接处理二级处理出水；二是二级处理出水经化学澄清、去除营养物、过滤以后用粒状炭吸附。
活性炭用于废水高级处理的主要优点：处理程度高，出水水质比较稳定，可达饮用水标准。但投资和处理费用昂贵。活性炭应用于给水净化已有约60年的历史，但用于废水处理是在60年代才开始的。由于工业的迅速发展,废水中有越来越多的剧毒和难以生物降解的污染物，活性炭因能有效地去除这些污染物而受到重视。美国1965年建成了世界上第一座具有生产规模的活性炭废水高级处理装置，1972年研究成功曝气池投加粉末活性炭的处理法。中国从70年代初开始研究活性炭处理废水的技术,于1976年建成第一座处理炼油废水的活性炭高级处理装置
应用颗粒状活性炭床，务必对废水进行预处理，去除油脂，减少悬浮固体,使悬浮物含量少于50毫克/升,以免堵塞炭层、增加水头损失，并避免频繁地进行反冲洗。粉末活性炭处理法又称生物-物理处理法、 投料曝气法和加粉末炭曝气法。它是在的基础上将粉末活性炭投入曝气池，这样既充分利用了废水处理设备，又提高了处理效果。用这种方法去除污染物，一般认为是吸附和微生物氧化分解的协同作用。活性炭的大量微孔吸附了有机物和废水中的氧气，为微生物群的生长繁殖提供了高浓度的营养源，而微生物代谢过程中产生的酶和辅酶又被吸附和富集在活性炭的微孔中，加之炭上微生物和有机物接触时间较长，使难以降解的有机物也有可能经生物氧化而分解。粉末活性炭处理法一般包括三个步骤：剧烈混和,使炭迅速分散到污水中；接触吸附和氧化,使炭悬浮在污水中进行混悬吸附和氧化；液-固分离,将炭从污水中分离出来，然后进行再生。
此法优点是：处理效果好而且比较稳定；提高了微生物对有机毒物和重金属的抗性；产生有凝聚力的炭体和微生物,形成坚实和稠密的污泥,改善了活性污泥法的操作条件；活性炭能吸附表面活性物质，解决了曝气池中的起泡沫问题；能用于处理成分复杂、浓度和水量多变的废水；粉末炭成本低。但因粉末炭再生困难，至今尚未应用于实际。1972年用流化床再生炉再生粉末活性炭试验成功，为粉末活性炭的应用提供了条件。
粉末活性炭用于废水处理的新技术是单级接触系统，即混和、接触反应、重力沉淀在同一个设备中完成，炭在设备中的停留时间为2～5天。这样便于微生物活动，提高了处理效果。在污泥消化池中投加一定量的粉末活性炭，能加速污泥沉淀，净化返回到水处理系统的上清液，提高水处理系统的效率。此外，还可促进污泥固体的分解，消除恶臭，提高设备的生产能力。
染料废水具有组成成分复杂、难生物降解、色度高、有机物浓度高、水质和水量变化大等特点，属于难治理的废水之一目前，用于处理染料废水的吸附剂主要有活性炭、树脂、天然矿物和各种废弃物等。其中活性炭的表面和内部有许多孔，具有去除能力高，比表面积大，能选择性地去除染料的特点，应用较为广泛。活性炭吸附法具有成本低、成效快、污染小等优点，适用于小规模企业的染料废水处理。但是，由于吸附法只是将染料吸附在吸附剂上，不能破坏染料分子结构，故其适合染料废水的前期处理。吸附法可结合化学混凝法、氧化法、电化学方法等其他方法综合办法来处理染料废水，效果更佳。
在活性炭吸附染料废水的系统中，影响吸附行为的因素众多，包括投加量、粒径、比表面积、孔隙结构等活性炭方面的因素，也有染料浓度等染料废水方面的因素，还有时间、温度、pH值等外界环境方面的因素。目前,对于影响吸附因素的研究还停留在定性分析层面，若能实现定量表征上述因素对吸附行为的影响程度，找出影响吸附的主要因素，就能方便快捷地选择吸附剂，达到较佳吸附效果并提高活性炭的利用率。
针对活性染料废水处理，咱们研究了活性炭用量对CODcr降解率的影响，优化其处理工艺条件，经实验所得结论如下：
一、活性炭对CODcr去除率的影响
1、活性炭材质对CODcr去除率的影响
在染料废水中，分别加入相同目数、相同质量的椰壳类、果壳类和木材类颗粒活性炭，在常温条件下，测定不同吸附时间时的CODcr去除率，结果如图1所示。
2、活性炭物理形态对CODcr去除率的影响
采用椰壳类柱状活性炭，尺寸为2mm×4mm；颗粒状活性炭为自制，即将柱状活性炭用离心碾磨机粉碎，再用筛子筛选出不同粒径的颗粒状活性炭。分别在染料废水中投人颗粒状活性炭和柱状活性炭各20g，在常温条件下吸附，测定不同吸附时间的CODcr去除率，结果如图2所示。
3、粒径对CODcr去除率的影响
采用10g颗粒状活性炭，粒径分别为0.3mm、0.09mm、0.074mm的在常温条件下吸附，测定不同吸附时间的CODcr去除率，结果如图3所示。
4、活性炭质量对CODcr去除率的影响
在染料废水中，分别加入不同质量的颗粒状活性炭，在常温条件下吸附，测定不同吸附时间的CODcr去除率，结果如图4所示。
针对污水中COD处理解决方案有，活性炭吸附，生物降解，常温常压双氧水催化氧化，电解催化高浓度COD处理等工艺方案 。
1.常规粉状活性炭工艺方案 吸附法 （碘值 600-800mg/g 200or 325目 参考价格 4000-6500元/吨）
2.高吸附粉状活性炭工艺方案 吸附法 （碘值 1000mg/g 200or 325目 参考价格 8000-9500元/吨）
3.高吸附粉状活性炭工艺方案 吸附法 （碘值 1100mg/g 亚甲兰18ml 200or 325目 参考价格 11000-12500元/吨）
4.微生物载体活性炭 生物降解法 （碘值900-1100mg/g ctc>80% 3-4mm 价格：面议）
5.常温常压双氧水催化氧化活性炭催化剂 催化氧化法 （碘值800mg/g ctc>60% 强度>99% 3-4mm 价格：面议）
6.超导电电解活性炭粒子 催化电解法 （碘值800mg/g ctc>60% 强度>99% 3-4mm 价格：面议）