流化床制活性焦用于水處理的研究
摘要:利用流化床工藝制得了水處理用廉價(jià)活性焦，并對(duì)其進(jìn)行了孔結(jié)構(gòu)分析和水處理工藝實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了吸附等溫線和動(dòng)力學(xué)曲線．水處理實(shí)驗(yàn)表明，流化床制廉價(jià)活性焦對(duì)造紙廢水具有良好的處理效果.
關(guān)鍵詞:活性焦，CODcr，吸附量，流化床，造紙廢水
O 引 言
我國(guó)水資源短缺，人均占有量只有世界平均水平的1／4，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水污染問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，甚至威脅到人民群眾的生命安全．活性炭由于其獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)和吸附性能，能有效地去除污水中大部分有機(jī)物和某些無(wú)機(jī)物，被廣泛地應(yīng)用于水質(zhì)凈化過(guò)程，成為城市污水和工業(yè)廢水深度處理最有效的方法之一．但活性炭?jī)r(jià)格昂貴，目前市場(chǎng)價(jià)格為每噸數(shù)千元甚至上萬(wàn)元，加之一般污水排放量較大，水處理成本高，企業(yè)難以承受，阻礙了其應(yīng)用．因此，開(kāi)發(fā)低成本的污水處理技術(shù)是目前研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)．活性焦與活性炭相比，比表面積相對(duì)較小，但一般微孔發(fā)達(dá)，具有良好的吸附能力．成型活性焦已工業(yè)化規(guī)模用于煙氣脫硫，但由于其制備過(guò)程繁雜(與活性炭類(lèi)似)，價(jià)格高，其用于水處理的研究鮮有報(bào)道．一些研究單位也曾進(jìn)行了廉價(jià)活性焦的研究，但均未見(jiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的報(bào)道．中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所在其多年煤氣化技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了流化床活性焦制備工藝，可以大規(guī)模清潔生產(chǎn)．其制備的活性焦用于煙氣脫硫，表現(xiàn)了良好的脫硫性能．本文旨在對(duì)流化床制活性焦的水處理性能及工藝過(guò)程進(jìn)行研究，為活性焦水處理的應(yīng)用提供一定的基礎(chǔ)．
1 實(shí)驗(yàn)部分
1．1流化床工藝制活性焦
將原煤(工業(yè)分析和元素分析見(jiàn)表1)破碎至0mm～6mm左右，在中國(guó)科學(xué)院山西煤化所灰熔聚流化床粉煤氣化中試裝置上，以空氣／水蒸氣為活化劑，在850 C～950℃的溫度范圍內(nèi)下，停留時(shí)間為10 min～30 min左右，同時(shí)炭化活化制得活性焦(稱(chēng)為AC—A)．活性焦的孔結(jié)構(gòu)特性見(jiàn)表2．
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1．2水處理實(shí)驗(yàn)裝置與方法
實(shí)驗(yàn)所用的廢水取自某造紙廠一級(jí)處理后的廢水，分別用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)活性焦水處理性能． 評(píng)價(jià)指標(biāo)為重鉻酸鉀法COD (GBl1914—89)．
1．2．1 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)
在室溫下，分別向5個(gè)250 mL的三角燒瓶中加入不同量的活性焦，然后向每個(gè)燒瓶中加入100 mL 原廢水，再將各三角燒瓶分別放在攪拌器上攪拌2 h，后將各三角燒瓶中廢水過(guò)濾，測(cè)定原廢水和各濾液的CODcr ，計(jì)算不同活性焦用量下COD 的去除率．
在室溫下，將一定量選定的活性焦加入 2 000 mL燒杯中，然后加入1 000 mL的原廢水，將燒杯放在磁力攪拌器上攪拌，在攪拌的情況下，分別在0．50 h，0．75 h，1．00 h，I．50 h，1．83 h，2．00 h和 2．25 h時(shí)取燒杯中水樣20 mL，將取出的水樣過(guò)濾，測(cè)定原廢水和各濾液的CODcr ，計(jì)算不同吸附時(shí)間下CoD 的去除率．
1．2．2 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)工藝過(guò)程見(jiàn)圖1，裝置由一個(gè)原水儲(chǔ)槽、一個(gè)流量計(jì)和三個(gè)串聯(lián)的有機(jī)玻璃吸附柱組成，三個(gè)吸附柱后分別設(shè)有取樣口．吸附柱內(nèi)徑2．6 cm，高 45．5 cm．實(shí)驗(yàn)時(shí)下部進(jìn)水，上部出水，靠壓差自流．
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2 結(jié)果與分析
2．1 活性焦用量對(duì)CODcr吸附效果的影響
控制活性焦用量分別為0．5 g，1．0 g，1．3 g， 1．5 g，2．5 g，3．0 g，振蕩2 h，進(jìn)行靜態(tài)吸附，結(jié)果見(jiàn)圖2．
由圖2可知，隨著活性焦用量的增加，造紙廢水CODcr的去除率上升．活性焦用量為1．5 g時(shí)，CODcr去除率可達(dá)15 ．以后隨著活性焦用量增加，CODcr去除率沒(méi)有明顯差異．說(shuō)明活性焦吸附性能不僅與用量有關(guān)，還可能與活性焦的孔徑大小和分布有關(guān)．廢水中可溶性有機(jī)物分子量大小不一，活性焦的孔徑分布與可溶性有機(jī)物的分子量大小相匹配，活性焦才具有高的吸附率和脫除效率．實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)廢水中與活性焦孔徑相匹配的可溶性有機(jī)物被吸附后，即使再增加活性焦用量，廢水中其他可溶性有機(jī)物的去處也不會(huì)有明顯的效果．一般認(rèn)為孔徑為吸附物分子直徑的2～3倍較合適．因此，處理一定量和一定濃度的造紙廢水時(shí)，活性焦有一個(gè)最佳用量．本實(shí)驗(yàn)活性焦處理造紙廢水活性焦的最佳用量為1．5 g活性焦／100 mL廢水．
2．2 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)
如圖1所示，實(shí)驗(yàn)中使用一個(gè)吸附柱，活性焦裝 填量206．5 g，原水儲(chǔ)槽中造紙廢水的初始CODcr為 350．7 mg／L，調(diào)節(jié)污水流速，使污水在管中停留時(shí)間 達(dá)到2 h，測(cè)得出水體積和造紙廢水CODcr去除率曲線 (見(jiàn)圖8)．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，污水的濁度有明顯的變化，由 渾濁變?yōu)闊o(wú)色透明，由此可見(jiàn)，活性焦對(duì)去除濁度有 一定的效果．由圖8可知，隨著濾出液體積的增大，造 紙廢水的CODcr 去除率逐漸降低．當(dāng)出水體積達(dá)到 l1 483．0 mL時(shí)，CODcr去除率急速下降，此時(shí)認(rèn)為活 性焦已經(jīng)吸附飽和，其飽和吸附容量為7．2 mg／g．實(shí) 驗(yàn)可得活性焦的最佳用量為18 kg活性焦／t廢水．
3.結(jié)論
活性焦對(duì)造紙廢水有較好的處理效果．工作飽和吸附容量為7.2mg／g．
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