活性炭在废水处理中的应用

1　前言
      由于大量污水的排放，我国的许多河川、湖泊等水域都受到了严重的污染。水污染防治已成为我国最紧迫的环境问题之一。水污染的处理有多种方法，其中吸附法是采用多孔性的固体吸附剂，利用同一液相界面上的物质传递，使废水中的污染物转移到固体吸附剂上，从而使之从废水中分离去除的方法。具有吸附能力的多孔固体物质称为吸附剂。根据吸附剂表面吸附力的不同，可分为物理吸附、化学吸附和离子交换性吸附。在废水处理中所发生的吸附过程往往是几种吸附作用的综合表现。废水中常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、沸石等。本文暂且讨论活性炭在废水处理中的应用
      2 活性炭吸附法处理各种废水
      2.1 活性炭吸附法处理印染废水
      2.1.1 萃取－活性炭吸附法处理DMF废水[1]
      NN-二甲基甲酰胺（DMF）是一种常用的化工熔剂，被广泛应用于聚氨酯合成革工业及医药、农药等行业。由于DMF在制革生产中被大量用作熔剂使用，生产所排放的废水中含有较高浓度的DMF。
      处理DMF废水的方法有：活性炭吸附－二氯甲烷再生法、化学水解法和生化法。化学水解法与生化法都只是破坏DMF而没有回收DMF，处理成本较高，尤其不适用于处理较高浓度的DMF废水。对于高浓度DMF（近100g/L）的制革废水，目前工厂多采用直接精馏处理，分离DMF与水，回收的DMF回用于生产。但该法能耗较高，当废水中DMF浓度较低（如小于50g/L）时，回收成本将大幅度增加。
      清华大学核能技术设计研究院采用熔剂萃取－活性炭吸附法，处理制革厂的高浓度DMF废水（DMF质量浓度为93.4g/L），用三氯甲烷（CHCl3）萃取废水中的DMF，萃取液经精馏分离回收DMF和萃取剂。研究了CHCl3对DMF的萃取效果、活性炭对萃余液的动态吸附性能、用熔剂CH2Cl2再生活性炭的效果和反复再生后活性炭的吸附效能。结果表明，用CHCl3 5级逆液萃取后，萃余液中的DMF降到1.33g/L，萃取率达96.8%。萃取液经精馏分离回收CHCl3和DMF。萃余液经活性炭吸附后COD可降到100mg/L以下。精馏过程的能耗及设备投资大大降低，全过程的总投资与老方法相当，而成本降低50％左右。经CHCl3萃取后的制革废水用活性炭吸附法深度净化处理，出水达国家一级排放标准。饱和活性炭经CH2Cl2洗脱、160℃空气活化后，其吸附性能和数量基本不变，可反复使用。
      2.1.2 活性炭吸附法处理染料废水
      纺织工业的发展带动了染料生产的发展。调查表明全世界每年生产的染料超过70万吨，其中的2%直接进入水体以废水的形式排出10%在随后的纺织染色过程中损失[23]。染料废水成分复杂，水质变化大，色度深，浓度大，处理困难.染料废水的处理方法很多，主要有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等。这些方法各有优缺点，其中吸附法是利用吸附剂对废水中污染物的吸附作用去除污染物.吸附剂是多孔性物质，具有很大的比表面积.活性炭是目前最有效的吸附剂之一，能有效地去除废水的色度和COD.活性炭处理染料废水在国内外都有研究[45]，但大多数是和其它工艺耦合，其中活性炭吸附多用于深度处理或将活性炭作为载体和催化剂[67]，单独使用活性炭处理较高浓度染料废水的研究很少。
      活性炭对染料废水有良好的脱色效果.酸性品红废水的脱色最容易碱性品红废水次之，活性黑B 133废水最难.染料废水的脱色率随温度的升高而增加，pH值对染料废水的脱色效果没有太大的影响。在最佳的吸附工艺条件下酸性品红、碱性品红和活性黑B 133染料废水的脱色率均超过97%，出水的色度稀释倍数不大于50倍，COD小于50mg/L，达到国家一级排放标准。考虑到分离出的活性炭仍具有部分吸附能力，而且活性炭价格贵。因此，可以利用这些活性炭处理染料废水使其达到较低的中间浓度，然后再用新的活性炭使处于中间浓度的染料废水达到排放标准，以便减小成本[8]。
      2.2粉煤灰活性炭处理含铬电镀废水
      据统计我国每年排出的电镀废水约为40×108ｍ3[9]其中不仅含有氰化物等剧毒成分而且含有铬、锌、铜、镍等金属离子。铬是电镀中用量较大的一种金属原料在废水中六价铬随pH值的不同分别以CrO2-4HCrO-4 Cr2O2-7等形式存在。研究发现六价铬有致癌的危害其毒性比三价铬强100倍。含铬电镀废水的处理方法很多主要有化学沉淀法、活性炭法、电解法和膜处理法等活性炭法中以粉煤灰活性炭为吸附剂、还原剂对含Cr (Ⅵ)的电镀废水进行了处理。
      pH值对吸附量和去除率有较大影响 pH值为3左右时吸附量达到最大 Cr (Ⅵ)去除效果最好 pH值过高或过低时粉煤灰活性炭对Cr (Ⅵ)的吸附能力较低。
      吸附时间对吸附量和去除率有一定的影响随着时间延长吸附量和去除率均增大当时间为1.5ｈ时吸附基本完全时间进一步延长吸附量和去除率虽然增加但不明显。
      被活性炭吸附的Cr (Ⅵ)经化学还原生成Cr3+在酸性条件下Cr3+与活性炭脱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+完全解吸然后用水冲洗、干燥。再生后的活性炭对Cr (Ⅵ)的去除效果略有下降。Cr3+溶液用碱中和生成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-电化学高级氧化再生法处理难降解有机污染物
      含有芳香化合物等有毒难降解污染物的废水，因其结构稳定，可生化性差，常规处理方法难以致效，成为当前我国水处理领域重点需要解决的技术难题。高级氧化技术和活性炭（AC）吸附则是研究较为广泛的两种处理方法。
      近年来，电化学高级氧化技术作为一种新发展的高级氧化技术因其处理效率高、操作简便、环境友好等优点，引起极大关注[11-13]。它通过电极反应产生氧化能力很强的羟基自由基有效降解污染物。研究表明[14]，当有机污染物浓度较低时，传质将成为控制因素，导致降解过程仅发生在阳极表面而很少在溶液主体，并且因降解中间产物的滞留导致阳极毒化[15]。从而降低了处理效果。另一方面，活性炭因其极强的吸附能力在废水处理中获得广泛的应用。但其成本高，且易吸附饱和，若不进行再生回收不仅不经济还会对环境造成污染。常用的再生方法如热再生和化学法再生法等。需高温或高压条件，费用高[16]。最近，电化学再生法因其了研究者的注意，在常温常压下其再生效率可达85％[17]。但目前报道的电化学再生方法时间长达5h[18]，主要原因是：（1）采用石墨等常规电极，不易产生羟基自由基等活性物种，氧化性欠强，导致再生不彻底。（2）再生装置很少考虑传质，导致再生时间长。
      基于上述研究背景，提出拉将活性炭吸附和电化学高级氧化集于一体的新型“相转移”废水处理方法。首先将有机污染物通过活性炭流化床快速吸附。然后通过床内特制的电化学装置实现活性炭现场再生，从而使得转移到活性炭上的有机污染物降解，而活性炭再生后能保证该体系的反复运行。
      目前活性炭的再生存在一定的局限性，限制了活性炭的应用，如果再生问题得到解决，活性炭在处理废水中的应用会更加广泛。