试验水质 试验所用废水为焦化尾水,其COD 在150~200 mg/L 之间,略带棕黄色,色度在20 倍左右,有刺激性气味。
试验步骤 取200 mL 废水置于250 mL 烧杯中,先用硫酸或氢氧化钠调节该废水的pH 至指定值,再将烧杯置于恒温水浴锅内,调节水浴锅温度至指定值; 待烧杯中废水温度稳定后,加入一定剂量的粉末活性炭; 用电磁搅拌器对废水进行搅拌,搅拌一定时间后,测定废水COD 和色度。
分析方法 pH:pHS-25 型酸度计;COD: 重铬酸钾法;色度:稀释倍数法。
原始吸附剂选用焦炭和活性炭。焦炭是炼铁工业常采用的还原剂,进行吸附处理后的焦炭仍可用于炼铁而不影响其还原效果,可以实现资源综合利用;而活性炭具有无数细小孔隙结构,比表面积大,具有很好的物理吸附以及化学吸附效果,已得到广泛的应用。由于焦炭和活性炭都是炭质吸附剂,故焦炭的改性也仿照活性炭改性进行。对焦炭和活性炭采用的改性方法主要包括:表面氧化改性、酸碱改性。表面氧化改性主要是用强氧化剂在适当的温度下对活性炭表面进行氧化处理,从而提高其表面的含氧酸性基团的含量、增强表面的极性、降低零电点pH,而表面极性较强的活性炭易吸附极性物质。酸碱改性是利用酸、碱等物质处理活性炭,使活性炭表面官能团发生改变,改善其对金属离子的吸附能力,根据实际情况调整活性炭表面的官能团,从而达到所需的吸附效果。经过酸碱改性,不但可以增加含氧酸性官能团,还可以得到适宜的表面pH,从而获得高吸附量和吸附速度。
不同pH 对COD 和色度去除效果的影响 采用硫酸和氢氧化钠调节废水pH 分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10,向不同pH 的焦化尾水中各投加200 mg/L 的粉末活性炭,15 ℃搅拌静态吸附45 min,粉末活性炭对焦化尾水COD 和色度的去除效果如图 1 所示。活性炭的吸附性能受pH 的影响,当pH 较低的时候,溶液中的大量H+会和活性炭表面的—OH 等结合,即活性炭的活性中心会和H+结合,使有机物没有被充分吸附;随着pH 的升高,在活性炭表面吸附的H+会发生离解,使活性炭的活性中心暴露,便可以吸附更多的有机物;当溶液pH 再继续升高,溶液中的OH-会和吸附质发生竞争吸附,故又会使有机物的吸附效果受到限制。由图 1 可知,粉末活性炭对焦化尾水COD 和色度的去除在酸性条件下效果较好,在pH≈3 的时候去除效果达到最佳值,最佳COD 去除率为42.9%,最佳脱色率为92.7%,而在强酸性、中性及强碱性条件下去除效果不佳。故确定最佳pH=3。
不同活性炭用量对COD 和色度去除效果的影响向初始pH=3 的焦化尾水中分别投加0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.5 g/L 的粉末活性炭,15 ℃搅拌静态吸附45 min,粉末活性炭对焦化尾水COD和色度的去除效果如图 2 所示。在COD 和色度一定的前提下,随着活性炭投加量的增加,可供吸附的吸附点位增加,使得吸附剂上被吸附的吸附质总量增加,当达到吸附平衡,再继续增加活性炭投加量,COD 和色度的去除率便不再增加。由图 2 可知,随着活性炭剂量的增加对于COD和色度的去除率逐渐增加,当粉末活性炭投加质量浓度为1.0 g/L 时,COD 去除率达到最佳值43.7%,脱色率达到最佳值91.2%。故确定最佳活性炭投加质量浓度为1.0 g/L。
不同吸附时间对COD 和色度去除效果的影响向初始pH=3 的焦化尾水中投加1.0 g/L 的粉末活性炭,15 ℃搅拌分别静态吸附5、10、15、20、25、30、40 、50、60 min,粉末活性炭对焦化尾水COD 和色度的去除效果如图 3 所示。
结论 (1)对焦化尾水进行物理吸附静态试验,最佳吸附操作条件为pH=3,活性炭投加质量浓度为1.0 g/L,吸附时间为40 min,吸附温度为30 ℃,在最佳操作条件下,COD 去除率为53.1%,脱色率为99.6%。(2)焦化尾水经过活性炭吸附后,水质可达到《钢铁工业水污染物排放标准》(GB 13456—1992)一级标准。