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活性炭在染料废水处理中的应用

发布时间:2020-06-26 浏览

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。

去除废水中染料的基本方法有化学法、生物法和物理法。其中物理法中的吸附法具有吸附剂来源广泛、吸附效率高、种类多、方法简单易行、环保,且能够选择性地富集某些化合物等优势。

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,波涛活性炭厂家研究了活性炭的材质、物理形态及用量对CODcr降解率的影响,以及活性炭用量、吸附温度和时间,及pH值对染料脱色率的影响,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。

活性炭在染料废水处理中的应用

由图1可知:椰壳类颗粒活性炭和果壳类颗粒活性炭对染料废水CODcr的去除率显著高于木材类颗粒活性炭。其中,椰壳类的CODcr去除率较高。这可能是因为椰壳类的表面空隙较多且疏松,木材类表面的空隙结构紧密,果壳类表面空隙略多于木材类,但空洞较浅,吸附较少。

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。

活性炭在染料废水处理中的应用

由图2可知,颗粒状活性炭对CODcr的去除率约为柱状活性炭的1.2倍。颗粒状活性炭孔径较小且多,吸附CODcr的容量较大;柱状活性炭的空隙数量有限且接触面积相对较小,所以颗粒状活性炭比柱状活性炭的CODcr去除率高。

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。

活性炭在染料废水处理中的应用

由图3可知:活性炭粒径为0.09mm时,染液的CODcr去除率较高,为95%~98%;粒径为0.3mm时,CODcr去除率较低,80%~85%;0.074mm粒径的活性炭,CODcr去除率87%~91%。由此可见,活性炭粒径并非越小越好,粒径适中的活性炭对废水CODcr去除率更高。

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。

活性炭在染料废水处理中的应用

如图4所示:随着活性炭投加量的增加,染料废水的CODcr去除率逐渐升高。3g时,饱和吸附时的CODcr去除率为47%左右,6g时,饱和吸附时的CODcr去除率为70%左右;12g时,饱和吸附时的CODcr去除率为85%左右;15g时,饱和吸附时的CODcr去除率为95%左右。随着活性炭投入量的增多,CODcr去除率也随之上升,而吸附时间也在增加。活性炭的用量越多,CODcr去除率越高。

二、活性炭对染料废水脱色率影响

1、活性炭质量对脱色率的影响

取质量浓度为250mg/L,pH=6.65的染料废水100mL。将不同质量的颗粒状活性炭分别投入染料废水中,在常温条件下吸附60min后,测定脱色率,结果如图5所示。

活性炭在染料废水处理中的应用

由图5可知:随着活性炭质量的增加,染料废水的脱色率呈现先加大后减小的趋势。当活性炭质量少于1.0g时,染料脱色率明显增加,大于1.0g以后,随着活性炭质量的增加,脱色率明显减小。其原因可能是随着活性炭质量的增加,产生堆积效应,使活性炭比表面积减小,从而影响对染料废水中染料分子的吸附。

2、温度对脱色率的影响

在不同的温度下,于染料废水中加入1g活性炭,吸附60min后,测定脱色率,结果如图6所示。

活性炭在染料废水处理中的应用

由图6可知:随着吸附温度的逐渐升高,脱色率不断增加,但温度高于70℃后脱色率有逐渐下降的趋势。随着温度的升高,废水中的染料可能会发生聚集,从而使活性炭吸附减小。

3、pH值对脱色率的影响

在70℃条件下,调节染料废水的pH值,加入1g活性炭,吸附60min后,测定脱色率,结果如图7所示。

活性炭在染料废水处理中的应用

由图7可知:在不同的pH值条件下,活性炭对染料废水脱色率的影响不大。这说明活性炭对染料废水中染料的吸附是一个物理过程,对染料废水pH值的变化不敏感。

4、吸附时间对脱色率的影响

在70℃条件下,于染料废水中加入1g活性炭,测定不同吸附时间的脱色率,结果如图8所示。

活性炭在染料废水处理中的应用

由图8可知:脱色率在短时间内随吸附时间的增加而显著提高,随后增加效果不显著且还有适当降低。由多孔吸附的动力学模型可知:吸附开始阶段,染料分子快速填充孔隙;之后由于扩散阻力的增加,吸附速度变慢。

三、结论

1、椰壳类颗粒活性炭对活性染料废水CODcr的去除率效果较好较大;颗粒状活性炭对活性染料废水CODcr的去除率明显高于柱状活性炭。活性炭粒径为0.09mm时,其对活性染料废水CODcr去除率较佳,但活性炭的粒径也并非越小越好,粒径适中的活性炭对活性染料废水CODcr去除率更好;其质量为15g时,CODcr的去除率较高。

2、温度为70℃,吸附时间为20min时,活性炭质量在1.0g左右时,其对活性染料废水的脱色率较高;pH值的变化对活性炭提高活性染料废水脱色率效果不明显。

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