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下水的活性炭处理应用
发布时间:2020-12-03 浏览:

水处理分为上水处理和下水处理:上水通常指生活用水、工业用水、纯水等经过人工处理后使用的水;下水通常指生活污水、工业污水等。

水中的污染物大致分为无机污染物和有机污染物两类。无机污染物主要是重金属,如铬、铅、汞等以及氰化物和放射性物质。有机污染物主要指耗氧有机物(BOD、COD)、酚类有机物、含磷和含氮有机物。今天,小编带大家主要了解下下水的活性炭处理应用。

二、下水的活性炭处理

1.含汞废水

1953年发生在日本的水俣病事件,就是含甲基汞工业废气污染水体,使水俣湾大批居民发生神经性中毒的公害大事,为人们所关注。

活性炭上引入聚硫脲有利于提高対汞的吸附能力。将椰壳炭吸附聚胺和二硫化碳后,继续反应,可获得固定有聚硫脲的活性炭。当相对分子质量为1800的聚胺在活性炭上的固定率为11.8%时,该活性炭对汞的吸附能力较佳,超过11.8%时,对汞的吸附能力急剧下降,因为固定率越高,活性炭的比表面积下降越迅速。

某厂含汞废水经硫化钠沉淀,以石灰调整pH,加硫酸亚铁作混凝剂处理后,含汞量为1-3mg/L,远高于0.05mg/L的允许排放标准。如果再以活性炭处理,采用两个40m3静态间歇吸附池,装1m厚的活性炭,交换工作,使进吸附池的废水近满,以压缩空气搅拌0.5h后,静置2h,该厂每天废水量约为10-20m3,经活性炭处理后的出水含汞量则符合排放标准。

粉状活性炭可以用于处理低浓度的含汞废水,为我国生产水银温度计工厂所采用,通过饱和炭加热升华、冷凝回收汞。

载有盐酸的活性炭,较好其微孔半径<80nm,用<30%的水蒸气活化。该种活性炭适用于去除液相碳氢化合物中含有的汞或汞的化合物。

活性炭吸附水溶液中的二价汞与pH成反比。pH在酸性范围时,活性炭对汞的吸附较高。pH从9降到酸性范围时,去汞量多达两倍。

活性炭去汞的效率与活性炭的性质和活化工艺有关。由木材、椰子壳和煤通过蒸汽法活化制造的活性炭在pH低于5的溶液中去汞量高,如pH提高,则去汞量降低;由木材通过氯化锌法活化制造的活性炭去汞量较高,甚至在提高pH大于5时仍有较高的去汞量。

活性炭去汞的效率与溶液中加入的添加剂有关。加入鞣酸或乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid,EDTA) 螯合剂0.02mg/L,就可使吸附汞从10%增至30%,依溶液的pH和炭的用量而定,其中鞣酸的效果更好;加入硝酸则低效;加入钙离子也能提高汞的吸附量,钙离子浓度从50mg/L增加到200mg/L时,汞的吸附量增加10%-20%;当钙离子和鞣酸同时存在时,使用较少的活性炭,去汞量几乎增加一倍;以金属硫化物浸渍处理的活性炭选择吸附汞也非常有效。

2.含钒废水

活性炭能吸附溶液中的四价钒离子和五价钒离子,溶液的pH和活性炭表面的性质对其吸附有一定影响。四价或五价钒离子被吸附的量,在一定pH范围内都因pH增加而增加,在pH范围为2.5-3之间达到较大,此后降低;氧化处理后的活性炭对钒离子有较大的吸附率,从偏钒酸钠溶液中以氧化改性的粉状活性炭吸附钒,可从含量50mg/L的溶液中去除90%的钒。

当使用较大量的活性炭或吸附较长时间时,活性炭的吸附率有所提高,即溶液中更多的钒被吸附。例如,以0.5gC/100mL和5.0gC/100mL同样吸附3h进行比较,溶液中钒的残留量分数:前者约为40%,后者约为9%。再以5.0gC/100mL、吸附时间为1h和3h进行比较,溶液中钒的残留量分数:前者约为22%,后者约为9%。

有人对水中痕量钒用活性炭进行预富集,研究了水中痕量钒的吸附和解吸条件以及活性炭对钒的吸附容量,结果发现50mg活性炭可对500mL水中80μg以内的钒进行定量回收,回收率在93%-104%之间。本法对合成海水样品痕量钒量进行分析测试,结果满意。

3.含磷废水

废水中含有机磷农药,如对硫磷、甲基对硫磷等,可用活性炭吸附。达到吸附饱和的活性炭可用蒸气再生。马拉硫磷、磷酰胺、敌百虫及敌敌畏等有机磷化合物,可先用活性炭吸附,再用硫酸铝及氯化铁进行混凝沉淀去除。在生产甲基异柳磷、增效磷的废水采用活性污泥法的处理过程中,投入粒径为0.4-0.6μm的活性炭,投配率为20%,提高COD的去除率。

4.含氟废水

摄取含有氟化物的水对健康影响的课题已被广泛研究。饮用水中添加适量的氟化物有利于人的身体健康,而且有助于防止牙齿腐蚀。但是,如果水中氟化物的含量过高也会导致饮用者生成牙斑。环保者则认为水中的氟化物会污染环境。去除饮用水中过量的氟化物可使用化学沉积、离子交换树脂、反渗透、电渗析和活性铝土吸附等方法,其中以活性铝土吸附较为常用。浸铝炭是一种新型吸附剂,它是将活性炭的大表面积性能和铝对氟化物高吸附容量相结合,以此获得的浸渍炭比普通活性炭大3-5倍的吸附效率,达到饮用水氟化物的标准含量。

浸铝炭的制造:首先,将活性炭浸渍在硝酸铝溶液中,溶液的较佳pH是3.5(在pH低于3.0时,活性炭没有吸附铝,在pH高于4.0时,因铝沉淀不可能浸渍)。待浸渍一定时间后,将浸渍炭在氮气中煅烧一定时间,较佳煅烧温度为300℃,煅烧温度明显地改变浸铝炭的氟化物的吸附容量。

5.含氰废水

活性炭在处理黄金生产中尾矿库含氰溢流水的应用中取得了良好的效果。黑龙江省铁力木材干馏厂用煤、木混合配比压条后生产的黄金用活性炭,其载金量优于其他原料生产的活性炭,经黄金炭处理后含氰废水基本符合排放标准。黄金炭在乌拉嘎金矿成功地进行了工业规模应用。

所用黄金炭的质量标准:粒度φ1.5-2.5mm,L4-11mm;碘值800-1000mg/g;强度≥85%;干燥减量≤10%;堆积密度0.4-0.6g/cm3;水容量≥60%;pH7。

1989年,在日处理尾矿库含氰废水2000m3情况下,经过近150天的运转后,取出1.2t载金炭,经焚烧、熔炼后得到518.27g黄金锭,经计算平均每吨黄金炭可回收黄金456.9g,黄金炭的应用创造了很大的社会和经济效益。通过活性炭处理过的尾矿库含氰废水的含氰量符合排放标准,六个月的检测数据范围:吸附前氰的浓度为0.72-1.9mg/L,吸附后氰的浓度为0.03-0.08mg/L。

活性炭去除废水中氰化物的吸附容量只有活性炭质量的1%。我国某厂采用空气催化氧化法处理氰化镀镉废水时,氰和镉的去除率均达到99%以上。

北京机电研究院将活性炭渗浸铜氧化物用于处理氰化镀铜合金废水,出水总氰和游离氰的含量均可达国家规定的排放标准。达到吸附饱和的活性炭可以通过次氯酸钠和硫酸铵来再生,再生液经过加碱、加热去氨转化为氧化铜,重新使用。

6.含烃废水

关于对含烃类(苯、甲苯、二甲苯等)废水的处理,单独使用活性炭就能较易将其去除。如果结合曝气,再用活性炭处理,去除效果更好。

对活性炭表面进行相应的改性处理可以增加活性炭的吸附性能,提高对水中苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯的去除效率。例如在活性炭上负载环氧氯丙烷和四乙五胺;也可先将溴与活性炭制得溴化活性炭,再与二乙三胺作用,使活性炭表面含有胺或季铵盐基团,以此改性的活性炭处理含有表面活性剂的乳化的废轮油废水时,在50个工作小时内,可将其油的含量由80-120mg/L降到20-30mg/L。

7.含多氯联苯废水

1963年,日本九州市生产米糠油使用的多氯联苯污染了水和食物,发生了几千人中毒的米糠油事件。

粉状或粒状活性炭均可用以处理含多氯联苯的废水,吸附饱和的活性炭可以热再生法再生,或用苯淋洗,以萃取法回收。如用200g活性炭,已吸附0.1%的多氯联苯用400mL苯在50℃加热3-5h,即可去除95%-98%的多氯联苯,且出水中尚含有的多氯联苯可在1μg/L以下,符合排放标准,国外工业性装置已有应用。

8.含卤烃废水

含二氯乙烷的废水可以活性炭柱吸附,饱和后用蒸气再生,蒸气冷凝后分层去水,常可定量地回收二氯乙烷。例如,可用活性炭吸附处理含二氯乙烷(500mg/L)的废水,以12L/h的滤速通过12L活性炭,饱和后,在200℃下用0.2MPa的蒸气再生2h,蒸气冷凝后将冷凝液分层可回收0.8-1.2kg的二氯乙烷。

含四氯乙烯50-100mg/L的干洗废水可用活性炭吸附,吸附容量为5-9g/kg;含四氯乙烯浓度为150mg/L时,用活性炭吸附,回收率为98%;含四氯乙烯171-178mg/L及1,1,1-三氯乙烷545-597mg/L的废水,可用椰壳活性炭吸附处理,吸附容量为0.34g/g和0.31g/g。

含氯苯100-150mg/L的废水不宜用生化法处理,因在活性污泥曝气时,氯苯较易解吸而散到空气中,应采用活性炭处理。当氯苯浓度较高时,应先以二氯甲烷萃取,使氯苯浓度降低到2-3mg/L,然后用1m长的活性炭柱,以5m/h的速度通过1kg,活性炭可去除2.73kg的氯苯。

因为二氯甲烷沸点很低,是易挥发液体,因此含二氯甲烷的废水,先经蒸馏处理,再用活性炭吸附,可以减轻活性炭的负担。在生物颗粒活性炭流动床反应器中,二氯甲烷可有效地降解。有连续操作资料表明,二氯甲烷的生物降解速度为40kg/(m3·d)以上,工艺废水中二氯甲烷的含量<1mg/L。

9.含有机氯杀虫剂废水

有机氯杀虫剂(organicchlorineinsecticide)一般分为以苯为合成原料的氯化苯类和不以苯为原料的氯化亚甲基萘制剂两大类。前者有二二三(滴滴涕)、六氯化苯、六六六(六氯环己烷)、林丹(丙体六六六)等;后者有氯丹、七氯化茚、狄氏剂、异狄氏剂、艾氏剂、异艾氏剂、毒杀芬、碳氯特灵等。如它们均存在于原水中,则可用活性炭有效地去除,使处理后的水对鱼类无毒。

当原水中林丹经活性炭处理后,其含量从原来的0.5mg/L降低到0.02mg/L。当原水中林丹的含量为40-110μg/L,用臭氧及砂滤处理的效果,都比不上用活性炭处理。

10.含醛废水

目前含有大量甲醛废水的处理方法主要为生物化学法(厌氧、好氧法),但由于该法的占地面积大、设备多、运行时间长、费用高及处理不彻底等而不适合少量甲醛废水的处理。酚醛树脂厂排出的甲醛废水严重污染环境,常在碱性溶液中用活性炭吸附去除。为了提高吸附能力,活性炭可用芳伯胺预处理。例如含360mg/L的甲醛废水,在pH=9时通过2g含有0.4g邻苯二胺的活性炭,流速为0.83mL/min,可得无甲醛废水, 吸附饱和的活性炭可用0.05mol/L的硫酸再生。

含糠醛废水可用活性炭吸附,在180-200℃、0.09-0.12MPa条件下,惰性气体及水蒸气的混合物将糠醛从活性炭中吹出回收,活性炭回用。

11.含酮废水

含苯乙酮、羟基丙酮、甲乙酮、丙酮肟等的废水均可用活性炭吸附处理。含丙酮废水,例如用异丙苯法制造丙酮的工厂废水,可在pH≥9的条件下以活性炭去除其中的丙酮等杂质,在较大的温度范围内去除其COD。如用两性化合物氧化铝、氧化镁制成的吸附剂处理废水中的丙酮比用活性炭效果好,因为活性炭是一种非极性吸附剂,而丙酮是极性短链的含氧化合物。用啤酒厂渣滓以氢氧化钾活化法制成的活性炭有更高的比表面积,对苯和丙酮均有更大的吸附量。

12.含有机酸废水

活性炭对有机酸具有良好的吸附性能,能吸附各种脂肪酸、芳香酸、氨基酸及其取代衍生物。含微量醋酸的废水可用活性炭吸附处理,饱和活性炭可用加热法再生回收醋酸。为了获得更佳的处理效果,可将活性炭吸附法和氧化法联用,处理含主要污染物醋酸的废水。总有机碳值为120mg/L,可加入5g/L活性炭和3400mg/L的过氧化氢,然后用氢氧化钠调整为pH=8.6,在35℃下以400r/min的速度搅拌,搅拌时间分别为20min、60min及90min,TOC的去除率分别为35%、84%及90%,而不加活性炭的TOC去除率仅为0.7%及7%。

含醋酸及苯酚的食盐溶液可用活性炭吸附回收。吸附饱和的活性炭可用氢氧化钠溶液淋洗加以再生,精制后的食盐溶液可生产氯气及烧碱。连续蒸馏制备糠醛的废水可用活性炭处理,吸附后可减压回收醋酸。

含邻苯二甲酸、硝基对苯二甲酸、硝基苯甲酸及苦味酸等的废水(例如生产对苯二酸的废水),可用活性炭精制。

废水中如果含有10g/L的溶解性芳香酸时,可用16-25g/L的活性炭处理,能降低60%-75%的废水污染。

草酸存在于木浆、精制糖、精制橄榄油等的工厂的生产废水中,对人体、水产、植物有害,并使土壤中的钙沉淀为草酸钙。含草酸的废水中,在活性炭催化作用下溶解的草酸被氧氧化分解。

从泥煤制得的含较多微孔和中孔的活性炭具有较高催化活性,活性炭经热处理可提高其催化活性。

有机物如苯酚和对苯二酚被活性炭吸附后,会延迟催化活性。溶液中存在硝酸钾会降低活性炭的催化活性。

反应率在给定的pH值下,不受草酸浓度的影响;反应率在给定浓度下,当pH值为2.6时较高。

13.含酯废水

含氟乙酸甲酯或氟乙酸乙酯的废水可用活性炭吸附处理。含有邻苯二甲酸二异辛酯的废水用硫酸铝处理,可去除80%-90%,如果同时加入20mg/L的活性炭可提高去除率。但加入活性炭对邻苯二甲酸二丁酯并无提高去除率的作用。

14.含酚废水

酚及其衍生物是工业废水中常见的高毒性、难降解的有机物,含酚废水来自焦化厂(尤其是低温土法炼焦)、煤气厂、石油化工厂、绝缘材料厂等工业部门以及石油裂解制乙烯、合成苯酚、聚酰胺纤维、合成染料、有机农药和酚醛树脂的生产过程。例如生产焦炭、煤气所产生的废水含酚浓度高达2000-12000mg/L。酚基化合物是含酚废水中的主要成分,如甲酚、二甲酚、硝基甲酚和苯酚等。国内外含酚废水的处理方法主要包括吸附法、萃取法、氧化法以及生物技术。

处理含酚和醋酸钠的废盐水时,先调整溶液酸碱度至pH=7,然后以串联活性炭处理去酚,对出水再调整酸碱度至pH=3,使醋酸钠变为醋酸,然后用活性炭进行串联吸附去除醋酸,吸附的酚和醋酸均可用氢氧化钠回收。

利用活性炭处理生产杀虫剂的废水中的酚,可以使其浓度从100mg/L降低到1mg/L。

邻甲酚、间甲酚、对甲酚等比苯酚更易被活性炭所吸附,而且随着烷基链的长度和个数的增加,其吸附容量也增大。

用0.25g/100mL的活性炭处理浓度为100mg/L的邻苯基苯酚,去除率达到99.6%。用500mg活性炭处理200mL浓度为10mg/L2,4,6-三硝基苯酚(苦味酸)的废水,搅拌2min,去除率可达100%。

废水中的硝基酚也可用活性炭吸附。含二硝基丁基酚的废水可用活性炭吸附去除,在pH<1.0时,去除率可达99%以上,出水浓度可达0.1-5.0mg/L。

废水中的对氯酚、2,4-二氯酚、3,4-二氯酚、2,5-二氯酚和2,6-二氯酚,都可用活性炭吸附,饱和后可用5%碱液以热法再生。

煤化工工厂的废水含有大量甲基酚、乙基酚和二甲基酚等酚类化合物,这些化合物对生物、人体有很多有害影响,因此去除这些化合物是控制水污染的方法之一,活性炭的吸附因酚的种类而不同,烷基取代酚比酚会更强烈地被吸附,并且吸附性随烷基链的增长而增加,其吸附性与烷基的位置无关,但是随取代基数目的增加而显著增大。吸附性的增减随着酚的溶解度的变化而变化,烷基的取代使酚的极性减少,分子量增大,溶解度降低,吸附性增加。

活性炭的表面积和含氧的表面结构对酚的吸附有一定的影响。酸性基团的存在减少酚的吸附,羰基中氧的存在因为有氢键的缘故,可增强酚的吸附。为了提高活性炭对废水的去酚率,则需要选择具有大表面积和低酸性氧的活性炭,高温制造的活性炭是可取的。

采用活性炭固定床时,可用18%的氯化钠溶液去除苯酚及醋酸,处理的盐水可用来生产氯和烧碱,吸附的苯酚可用氢氧化钠解吸。

采用活性炭厌氧流化床处理含酚废水,可得到高达99.9%的去酚率和96.4%的CODcr去除率,因为活性炭对酚类的吸附作用与生物降解作用结合起来,发挥了两方面的活性,载体流态化也解决了气液分离及介质堵塞问题。用碳酸钾化学活化的煤矸石制得的活性炭,BET比表面积达1236m2/g,孔体积达0.679cm3/g,表面是疏水性的,对水溶液中酚类污染物有良好的吸附性能。活性炭对含苯酚的废水处理是一种实用的方法,优点是无另外的废物和毒物,无二次污染,又可以有效地再生。研究进口活性炭的饱和吸附容量等性能,提出生产专用脱苯酚的工艺条件及参数。在生产用于医药、染料等工业的对氨基苯酚过程中,会有大量高浓度有机废水,可以采用Fen-ton试剂法降解,此法具有反应迅速、温度和压力等反应条件缓和的特点,但其缺点是利用率偏低,成本较高,还需加入均相催化剂,易引起二次污染。

采用活性炭与双氧水协同作用(活性炭作催化剂,双氧水作氧化剂),对降解含有对氨基苯酚的废水有良好的效果:在H2O2/COD=1.0、活性炭/H2O2=0.5、pH=2的条件下,降解反应可在180min内结束,对氨基苯酚的去除率达74.0%,与Fenton试剂法相比较,COD去除率提高1.75倍。

处理含酚废水,以活性炭作催化剂,用湿空气催化氧化酚是有前途的方法。与y-氧化铝上的氧化铜为催化剂作对比,经10天运作,活性炭催化氧化酚的活性要高10倍。

以用过的茶叶制成的活性炭可从废水中吸附苯酚、磷甲酚、间甲酚、对硝基苯酚、对氯苯酚、2,4-二硝基苯酚、2,4-二氯苯酚,并按以上顺序增加吸附量。

15.含硝基类废水

含硝基苯废水是公认的高难度处理废水,迄今为止未有可行的、运行良好的工程化系统。各种试用过的技术中,有的成本过高,有的只能停留在试验阶段。如活性炭吸附法,活性炭材料消耗量大、成本高,再生后吸附能力急剧下降。

臭氧-活性炭氧化对硝基苯的去除效果比单独使用臭氧氧化、活性炭吸附要好得多。pH值对臭氧-活性炭氧化去除硝基苯的影响很明显,合适的pH值的范围是中性偏酸性。臭氧-改性活性炭氧化的去除效果更佳。

在炸药三硝基甲苯(trinitrotoluene,TNT)生产中的主要废水是黄水、红水和装药操作中的粉红水。

黄水呈酸性,其中95%的成分为TNT,其余为二硝基甲苯(DNT)、三硝基苯甲酸、二硝酸甲酚、三硝基苯等。黄水在TNT生产时,可以部分循环使用,其余部分用活性炭吸附后按环保规定标准排放。

红水呈弱碱性,所含的有机物主要是α-TNT和二硝基甲苯磺酸钠,毒性比TNT大,在阳光下毒性不减,是严禁排放的废水,目前较为可行的处理办法是采用焚烧炉销毁。对于浓的红水,可直接与重油或煤气燃料一起喷入焚烧炉内燃烧;对于稀的红水,先利用焚烧炉高温烟道气的余热进行蒸浓,然后与燃料一起焚烧。

粉红水呈中性,开始呈浅黄色,受阳光照射后变成粉红色,照射时间延长,可变成红棕色,最后变成棕黑色,所含的有机物有α-TNT、DNT、不对称TNT、三硝基甲醛等,其中红色固体尚未鉴定。

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