活性炭吸附处理橡胶促进剂生产废水的研究

Posted 2023-01-11 活性炭

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針對橡膠促進劑生產廢水有机毒物含量高、成分复雜等特點，采用顆粒活性炭對其進行低濃度吸附研究。結果表明，pH為4﹒0-5﹒0，進水COD為500mg/L，100mL廢水活性炭用量為5﹒0g，廢水COD平均去除率達68%。經動力學分析，均可用Freundlich等溫式和Langmuir等溫式較好擬合。
關鍵詞：活性炭﹔吸附﹔橡膠促進劑生產廢水
橡膠促進劑生產廢水屬于高濃度難降解有机廢水，廢水主要來源于水洗工序和過濾母液，特點是色度和濁度低，但鹽分和COD濃度較高，同時廢水中含有多种雜環有机物〔1〕。目前對該類廢水進行治理研究的文獻報道較少，多為蒸發、蒸餾等工藝處理〔2，3〕。筆者選用鎮江某化工企業污水處理裝置前端排放的混合促進劑生產廢水作為研究對象，廢水中的污染物主要有橡膠促進劑以及生產過程中的苯胺、CS2、二甲苯、環己胺、嗎等原料，成分較為复雜。試驗采用顆粒活性炭對該廢水進行吸附研究，為該類廢水的處理提供了基礎數据和參考。
1試驗條件
1﹒1廢水水質
廢水水質情況見表1。

1﹒2試驗材料与方法
1﹒2﹒1試劑与儀器
試劑﹕顆粒活性炭，中國醫藥(集團)上海化學試劑公司﹔K2Cr2O7，江蘇三木集團化工厂，AR級﹔HgSO4，上海試劑四厂，AR級﹔Ag2SO4，上海試劑一厂，AR級﹔H2SO4、NaOH，上海化學試劑有限公司，AR級。
儀器﹕pHS-2F型數字pH計、FA2004上皿電子天平，上海精密科學儀器有限公司﹔PHG-9123A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏試驗設備有限公司﹔DKZ-2型恒溫振蕩水槽，上海科學儀器厂。
1﹒2﹒2試驗方法
(1)靜態吸附﹕帶塞錐形瓶中加入200mL廢水水樣，探討進水濃度、活性炭投加量、反應時間、溫度、pH以及振蕩頻率等因素對活性炭吸附效果的影響。
(2)動態吸附﹕將定量活性炭加入到小型玻璃吸附柱(D32×450)中組成吸附固定床，測定不同時間濾出液的COD。
(3)分析方法﹕采用文獻〔4〕標准方法測定COD。
2結果与討論
2﹒1影響因素的确定
2﹒1﹒1廢水COD對處理效果的影響
8個裝有5g顆粒狀活性炭的帶塞錐形瓶中依次加入原水和稀釋8﹒5、5、3﹒5、3、2、1﹒5、1﹒3倍的水樣各200mL，100次/min，25℃條件下恒溫振蕩1h，測定出水COD，結果見圖1。

由圖1可見，廢水COD保持在500mg/L時，COD去除效果最好，達50%以上。當COD增加后，活性炭吸附量逐漸達到飽和，導致吸附能力下降〔5〕因此，應保持進水COD在500mg/L左右。
2﹒1﹒2活性炭投加質量對處理效果的影響
分別在200mLCOD均為541mg/L的8個水樣中依次加入1、2、3、5、7、9、12、15g顆粒活性炭，重复前面操作，結果見圖2。

圖2表明﹕廢水的COD去除率隨著活性炭用量的增加呈顯著增長趨勢。在活性炭用量達到10g后去除率曲線漸趨平緩。因此确定COD為541mg/L的200mL廢水活性炭的合理投加質量為10g。
2﹒1﹒3反應時間對處理效果的影響
8個COD為541mg/L的200mL水樣中分別加入10g活性炭。在前述同樣條件下操作，每隔10min取出一個水樣測定COD。結果表明，COD去除率隨反應時間增加而增大，50min后，去除率無明顯增長。确定試驗最佳反應時間為50min。
2﹒1﹒4pH對廢水COD去除率的影響
依次將8個COD均為541mg/L的200mL水樣的pH調節為2﹒5、3﹒5、4﹒5、5﹒5、6﹒5、8、10、12。各加
入10g活性炭，操作如前。結果表明，pH<6時，廢水COD去除率>60%，當pH>6時，COD去除率急劇下降，這表明酸性條件有利于活性炭進行吸附。活性炭的大表面積和‘同類互吸'的特點使得活性炭大量吸附橡膠促進劑廢水中的有机物〔6，7〕。試驗确定合理pH為4﹒0-5﹒0。
2﹒1﹒5溫度對吸附效果的影響
取15個pH為4﹒5的200mL水樣，加入10g顆粒活性炭，分別在25、35、45℃，100次/min的條件下恒溫振蕩50min后測定出水COD。結果見圖3。

由圖3可見，隨著溫度升高，COD去除率呈下降趨勢，升溫不利于吸附。因此确定反應溫度為25℃。
2﹒1﹒6振蕩頻率對吸附效果的影響
8個pH=4﹒5的200mL水樣各加入10g顆粒活性炭，25℃時分別在30、50、70、90、110、130、150、170次/min條件下振蕩50min后取出測其COD。結果見圖4。

由圖4可見，頻率過低過高均不利于吸附。振蕩頻率為90-110次/min時處理效果好。由此确定适宜頻率為100次/min。
2﹒2吸附等溫線
采用Freundlich方程和Langmuir方程對圖2中數据擬合，結果見圖5及圖6。

2﹒3穿透曲線的測定
吸附柱中加入70g顆粒活性炭(h=350mm)，控制接触時間在1h。測定不同時間濾出液的COD，結果見圖7。

由圖7可知，在進水COD為556mg/L，出水COD為206mg/L，符合國家廢水三級排放標准時，活性炭吸附的穿透點約為30L。根据經驗，實際工程運行中的活性炭對廢水的處理能力較試驗結果最大可放大30%，因此根据圖7分析，每吨顆粒活性炭至少可以處理4300m3橡膠促進劑廢水。
2﹒4活性炭的再生
將吸附飽和的活性炭分別用質量分數20%的NaOH和20%的H2SO4溶液浸泡30、60、90、120、150、180、210min后，用水清洗，酸、鹼和水洗用量均為活性炭体積的2倍。分別用經酸和鹼再生過的活性炭處理水樣，結果見圖8。

由圖8可以看出﹕酸洗和鹼洗再生均可使活性炭的吸附能力恢复到原來的60%以上。但酸洗需要的時間相對較短。
3結論
(1)以活性炭吸附低濃度橡膠促進劑生產廢水，COD去除率最高達68%。
(2)吸附的最佳操作條件為﹕進水COD約500mg/L，100mL廢水活性炭用量5﹒0g，反應時間50min，pH為4﹒0-5﹒0，振蕩頻率100次/min，較低溫度。
(3)該吸附過程均可用Freundlich等溫式和Langmuir等溫式較好地擬合。
(4)每吨顆粒活性炭可至少處理4300m3橡膠促進劑廢水。
參考文獻
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2侯小剛，張顯球，王力友等﹒橡膠促進劑CBS廢水處理的初步試
驗[J]﹒南京師范大學學報(工程技術版)，2002，2
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3王以清，侯小剛，張顯球﹒熱泵蒸餾應用于橡膠助劑廢水預處理的研究[J]﹒上海環境科學，2002，21(10)﹕628-629﹒
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7繆應祺﹒水污染處理工程[M]﹒南京﹕東南大學出版社，2002﹕245-246﹒