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煤质活性炭与椰壳活性炭对漂白废水的吸附性能

发布时间:2020-07-21 浏览

摘要:通过静态吸附实验与动态吸附实验,研究了煤质活性炭与椰壳活性炭对漂白废水的吸附性能。结果表明,在静态吸附条件下,当活性炭用量为6g·L-1、吸附时间为180min、吸附温度为40℃时,煤质活性炭与椰壳活性炭对漂白废水的COD去除率分别为57.89%、60.24%;2种活性炭对漂白废水的吸附动力学均符合Lagergren准二级动力学模型;在动态吸附条件下,各因素对煤质活性炭吸附性能的影响大小为:漂白废水流速>吸附时间>吸附柱柱高,各因素对椰壳活性炭吸附性能的影响大小为:吸附时间>吸附柱柱高>漂白废水流速。

造纸废水是全球七大工业污染源之一,主要来源于蒸煮碱液与漂白废水,其中蒸煮碱液能够通过碱回收方法去除。漂白废水具有溶解有机物分子量大、含氯有机物多、成分复杂等特点,多采用氧化法、物化-生化法对其进行处理,但存在成本高、易产生二次污染等问题,且处理后的废水难以回用,多直接排放,导致工业水耗增加,环境压力增加。因此,在有效处理造纸废水的同时如何减少水耗是需要研究的课题。

吸附法作为一种低能耗、易操作、易再生的固体萃取技术,在水处理中有着不可比拟的优势。活性炭是常见的吸附剂,其微孔结构多、比表面积大、吸附能力强,能够吸附水中的有机物,且无二次污染,是废水回用处理的理想材料。

波涛活性炭厂家,分别采用煤质活性炭与椰壳活性炭处理漂白废水,考察了静态吸附条件下活性炭用量、吸附时间、吸附温度对处理效果的影响及动态吸附条件下漂白废水流速、吸附柱柱高、吸附时间对处理效果的影响,分析比较了2种活性炭对漂白废水的吸附动力学,从而评价2种活性炭对漂白废水的吸附性能。下面,波涛活性炭厂家将实验方法及结果分享如下。

一、实验

1.1 材料与仪器

漂白废水,颜色微白,pH值为5.8,COD值为282mg·L-1,SS(固体悬浮物)值为591mg·L-1;椰壳活性炭(粒度4~40目,碘吸附值1000mg·L-1),煤质活性炭(粒度10~20目,碘吸附值1000mg·L-1),活性炭使用前先在蒸馏水中搅拌4h,以去除活性炭表面的灰分与杂质,然后在105℃烘20h至干燥。

JBQ-ZD型振荡器;WD-I型微波密封消解COD快速测定仪;DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器;电子天平。

1.2 方法

1.2.1 活性炭用量对吸附效果的影响

在常温下,分别取0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g、1.2g煤质活性炭和椰壳活性炭,置于装有100 mL漂白废水的锥形瓶中,120r·min-1振荡240min,取样测定处理后漂白废水的COD值与SS值,计算COD去除率和SS去除率,考察活性炭用量对吸附效果的影响。COD值采用GB11914-89方法检测,ss值采用GB11901-89方法检测。

1.2.2 吸附时间对吸附效果的影响

取0.6g煤质活性炭和椰壳活性炭,置于装有100mL漂白废水的锥形瓶中,120r·min-1分别振荡30min、60min、90min、120min、150min、180min、210min、240min、270min、300min,取样测定处理后漂白废水的COD值,并计算活性炭对漂白废水的COD吸附量,考察吸附时间对吸附效果的影响。

1.2.3 吸附温度对吸附效果的影响

取0.6 g煤质活性炭和椰壳活性炭,置于装有100mL漂白废水的锥形瓶中,分别在10℃、20℃、30℃ 、40℃、50℃、60℃下120r·min-1振荡180min,取样测定处理后漂白废水的COD值,计算COD去除率,考察吸附温度对吸附效果的影响。

1.2.4 动态吸附实验

以漂白废水流速(A)、吸附柱柱高(B)、吸附时间(C)为考察因素,以处理后漂白废水的COD值为考核指标,进行煤质活性炭和椰壳活性炭处理漂白废水的L9(33)正交实验,从而评价2种活性炭对漂白废水的吸附性能。

2 结果与讨论

2.1 活性炭用量对吸附效果的影响(图1)

煤质活性炭与椰壳活性炭对漂白废水的吸附性能

由于煤质活性炭与椰壳活性炭在孔径、官能团和离域电子等方面的不同,导致其表面化学性质存在差异,使得2种活性炭对漂白废水COD的吸附效果不同。从图1可以看出,尽管2种活性炭对漂白废水的处理效果存在一定差异,但随着活性炭用量的增加,COD去除率总体趋势均逐渐升高,在活性炭用量为0.6g时,煤质活性炭与椰壳活性炭对漂白废水的COD去除率分别达到57.86%和57.37%,之后继续增加活性炭用量,COD去除率变化不明显,且SS去除率也趋于稳定。

2.2 吸附时间对吸附效果的影响(图2)

煤质活性炭与椰壳活性炭对漂白废水的吸附性能

从图2可以看出,随着吸附时间的延长,2种活性炭对漂白废水的COD吸附量快速增加,在吸附时间为180min时,煤质活性炭和椰壳活性炭的COD吸附量分别达到162.63 mg·g-1和166.42mg·g-1;之后继续延长吸附时间,COD吸附量趋于稳定,吸附过程达到相对平衡。

2.3 吸附温度对吸附效果的影响

在活性炭用量为6g·L-1、吸附时间为180min时,考察吸附温度对吸附效果的影响,结果如图3所示。

煤质活性炭与椰壳活性炭对漂白废水的吸附性能

从图3可以看出,当吸附温度为10℃时,煤质活性炭与椰壳活性炭对漂白废水的COD去除率均较低,分别为36.36%和32.15%;当吸附温度升高时,2种活性炭对漂白废水的COD去除率明显升高,40℃时,煤质活性炭和椰壳活性炭对漂白废水的COD去除率分别达到57.89%和60.24%;之后继续升高吸附温度,煤质活性炭对漂白废水的COD去除率变化不大,而椰壳活性炭对漂白废水的COD去除率开始下降。这是因为,温度较低时,吸附主要以物理吸附为主,而升高温度能为活性炭的化学吸附提供更大的活化能,使活性炭的化学吸附量增加,导致COD去除率升高;但当温度继续升高时,分子热运动加剧,被物理吸附的分子离开活性炭表面而解析到漂白废水中,导致活性炭对漂白废水的COD去除率下降。因此,适当升高吸附温度可以提高活性炭对漂白废水COD的去除效果,但吸附温度过高,,会导致漂白废水的COD去除率下降。

2.4 动态吸附实验结果

2种活性炭动态吸附正交实验结果见表1。

表1 2种活性炭动态吸附正交实验结果

序号 A.漂白废水流速(mL·min-1) B.吸附柱柱高(mm) C.吸附时间(min) 煤质活性炭COD值(mg·L-1) 椰壳活性炭COD值(mg·L-1)
1 25 80 60 132 158
2 25 100 90 176 176
3 25 120 120 179 141
4 30 80 120 185 237
5 30 100 60 173 153
6 30 120 90 232 135
7 35 80 90 168 141
8 35 100 120 155 265
9 35 120 60 144 184
K煤1 487 485 449    
K煤2 590 504 552    
K煤3 467 555 519    
R煤 123 70 103    
K椰1 475 536 495    
K椰2 525 594 452    
K椰3 590 460 643    
R椰 115 134 148    

由表1可知,漂白废水经煤质活性炭与椰壳活性炭处理后的COD值很低,分别为132mg·L-1、135mg·L-1。各因素对煤质活性炭动态吸附的影响大小为:漂白废水流速>吸附时间>吸附柱柱高;各因素对椰壳活性炭动态吸附的影响大小为:吸附时间>吸附柱柱高>漂白废水流速。这是因为,椰壳活性炭的吸附量虽与煤质活性炭相近,但椰壳活性炭吸附快,加快漂白废水流速时吸附更易趋于饱和,导致吸附时间的影响变大。当漂白废水流速为25mL·min-1、吸附柱柱高为120mm、吸附时间为60min时,处理效果较佳,在该条件下,煤质活性炭与椰壳活性炭处理漂白废水的COD值分别为135mg·L-1、124mg·L-1

3 结论

通过静态吸附实验与动态吸附实验,研究了煤质活性炭与椰壳活性炭对漂白废水的吸附性能。结果表明,在静态吸附条件下,当活性炭用量为6g·L-1、吸附时间为180min、吸附温度为40℃时,煤质活性炭与椰壳活性炭对漂白废水的COD去除率分别为57.89%、60.24%;2种活性炭对漂白废水的吸附动力学均符合Lagergren准二级动力学模型;在动态吸附条件下,各因素对煤质活性炭吸附性能的影响大小为:漂白废水流速>吸附时间>吸附柱柱高,各因素对椰壳活性炭吸附性能的影响大小为:吸附时间>吸附柱柱高>漂白废水流速。

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