活性炭在廢水處理中的應(yīng)用

1　前言
由于大量污水的排放，我國(guó)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(guó)最緊迫的環(huán)境問(wèn)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(chēng)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(guò)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

2 活性炭吸附法處理各種廢水
2.1 活性炭吸附法處理印染廢水
2.1.1 萃取－活性炭吸附法處理DMF廢水[1]
N,N-二甲基甲酰胺（DMF）是一種常用的化工熔劑，被廣泛應(yīng)用于聚氨酯合成革工業(yè)及醫(yī)藥、農(nóng)藥等行業(yè)。由于DMF在制革生產(chǎn)中被大量用作熔劑使用，生產(chǎn)所排放的廢水中含有較高濃度的DMF。
處理DMF廢水的方法有：活性炭吸附－二氯甲烷再生法、化學(xué)水解法和生化法。化學(xué)水解法與生化法都只是破壞DMF而沒(méi)有回收DMF，處理成本較高，尤其不適用于處理較高濃度的DMF廢水。對(duì)于高濃度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。
清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院采用熔劑萃取－活性炭吸附法，處理制革廠的高濃度DMF廢水（DMF質(zhì)量濃度為93.4g/L），用三氯甲烷（CHCl3）萃取廢水中的DMF，萃取液經(jīng)精餾分離回收DMF和萃取劑。研究了CHCl3對(duì)DMF的萃取效果、活性炭對(duì)萃余液的動(dòng)態(tài)吸附性能、用熔劑CH2Cl2再生活性炭的效果和反復(fù)再生后活性炭的吸附效能。結(jié)果表明，用CHCl3 5級(jí)逆液萃取后，萃余液中的DMF降到1.33g/L，萃取率達(dá)96.8%。萃取液經(jīng)精餾分離回收CHCl3和DMF。萃余液經(jīng)活性炭吸附后COD可降到100mg/L以下。精餾過(guò)程的能耗及設(shè)備投資大大降低，全過(guò)程的總投資與老方法相當(dāng)，而成本降低50％左右。經(jīng)CHCl3萃取后的制革廢水用活性炭吸附法深度凈化處理，出水達(dá)國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。飽和活性炭經(jīng)CH2Cl2洗脫、160℃空氣活化后，其吸附性能和數(shù)量基本不變，可反復(fù)使用。

2.1.2 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(guò)70萬(wàn)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(guò)程中損失[2,3]。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.活性炭是目前最有效的吸附劑之一，能有效地去除廢水的色度和COD.活性炭處理染料廢水在國(guó)內(nèi)外都有研究[4,5]，但大多數(shù)是和其它工藝耦合，其中活性炭吸附多用于深度處理或?qū)⒒钚蕴孔鳛檩d體和催化劑[6,7]，單獨(dú)使用活性炭處理較高濃度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最容易,堿性品紅廢水次之，活性黑B 133廢水最難.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(méi)有太大的影響。在最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(guò)97%，出水的色度稀釋倍數(shù)不大于50倍，COD小于50mg/L，達(dá)到國(guó)家一級(jí)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[8]。

2.2粉煤灰活性炭處理含鉻電鍍廢水
據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)每年排出的電鍍廢水約為40×108ｍ3[9],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)100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)到最大, Cr (Ⅵ)去除效果最好, pH值過(guò)高或過(guò)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)吸附量和去除率有一定的影響,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),吸附基本完全,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,因而可以使活性炭再生,其再生的方法是用5%的H2SO4溶液浸泡活性炭,使Cr3+完全解吸,然后用水沖洗、干燥。再生后的活性炭對(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[10]。

2.3 活性炭吸附-電化學(xué)高級(jí)氧化再生法處理難降解有機(jī)污染物
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(guó)水處理領(lǐng)域重點(diǎn)需要解決的技術(shù)難題。高級(jí)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(lái)，電化學(xué)高級(jí)氧化技術(shù)作為一種新發(fā)展的高級(jí)氧化技術(shù)因其處理效率高、操作簡(jiǎn)便、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，引起極大關(guān)注[11-13]。它通過(guò)電極反應(yīng)產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的羥基自由基有效降解污染物。研究表明[14]，當(dāng)有機(jī)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(guò)程僅發(fā)生在陽(yáng)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(yáng)極毒化[15]。從而降低了處理效果。另一方面，活性炭因其極強(qiáng)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)行再生回收不僅不經(jīng)濟(jì)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。常用的再生方法如熱再生和化學(xué)法再生法等。需高溫或高壓條件，費(fèi)用高[16]。最近，電化學(xué)再生法因其了研究者的注意，在常溫常壓下其再生效率可達(dá)85％[17]。但目前報(bào)道的電化學(xué)再生方法時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5h[18]，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)致再生不徹底。（2）再生裝置很少考慮傳質(zhì)，導(dǎo)致再生時(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)高級(jí)氧化集于一體的新型“相轉(zhuǎn)移”廢水處理方法。首先將有機(jī)污染物通過(guò)活性炭流化床快速吸附。然后通過(guò)床內(nèi)特制的電化學(xué)裝置實(shí)現(xiàn)活性炭現(xiàn)場(chǎng)再生，從而使得轉(zhuǎn)移到活性炭上的有機(jī)污染物降解，而活性炭再生后能保證該體系的反復(fù)運(yùn)行。

目前,活性炭的再生存在一定的局限性，限制了活性炭的應(yīng)用，如果再生問(wèn)題得到解決，活性炭在處理廢水中的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。