活性炭吸附电镀废水中CODCr的实验研究

Posted 2023-01-14 活性炭吸附

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　　电镀废水来源于电镀生产过程中的镀件清洗、镀液过滤工序以及因操作或管理不善导致的 “ 跑、冒、滴、漏 ”等。电镀废水主要含有铬、铜、镍、锌、锡等金属离子，其次是酸、碱类污染物，有些还含有氰化物、表面活性剂等〔1〕。 2008 年实施的 GB 21900— 2008《电镀污染物排放标准》首次将 CODCr 纳入考量指标，其规定 CODCr 排放限值为 80 mg/L〔2〕。

　　目前电镀废水的物化处理方法主要是集中处理废水中的各种重金属，对去除 CODCr 考虑甚少，而且各种物化方法不同程度地存在工艺复杂、能耗大、成本高、占地面积大、运转费用高、有二次污染等问题，需对现有处理方法进行调整。粉末活性炭活性污泥法 (PACT 法 ) 是美国杜邦公司开发的一种强化生物处理方法，此法可充分发挥活性炭的优良吸附能力及微生物氧化的协同增效作用，其抗毒能力和分解作用均较强〔3〕。据文献报道〔4, 5, 6, 7〕，与 SBR 法相比，PACT 法在处理印染废水、有机废水、化工废水和含重金属的工业废水时具有明显的优势，且处理效果良好，可用于处理电镀废水。笔者采用粉末活性炭对电镀废水中的 CODCr 进行静态吸附研究，以期为 PACT 法处理电镀废水奠定一定的理论基础。

　　1 实验部分

　　1.1 材料与仪器

　　水样：晋江东石镇华懋电镀集控区二次废水，其水质指标：颜色呈黄绿色，CODCr 约为260 ～420 mg/L，pH 为 6.5～8.0，Cu2+约为18.11～24.67 mg/L，总铬为 0.08～0.16 mg/L，Zn2+约 8.57～14.11 mg/L，Ni2+约 8.43～13.78 mg/L。

　　吸附剂：商用粉末活性炭 (PAC)、颗粒活性炭(GAC)，广东汕头西陇化工有限公司提供，使用前在 105 ℃下预干燥2 h〔8〕。

　　仪器： DELTA-320 型精密 pH 计，梅特勒-托利多公司 ; TAS-986 原子吸收分光光度计，北京普析通用仪器有限公司 ; ZHWY-211B 型恒温培养振荡器，厦门德科科技有限公司 ; DHG-9070A 型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司。

　　1.2 实验方法

　　称取一定质量的 PAC 置于 500 mL 锥形瓶中，加入 250 mL 电镀废水，在一定温度和 pH 条件下，以 150 r/min 的速度振荡吸附一定时间，静置、过滤，测定滤液的 CODCr〔9〕。

　　1.3 分析方法

　　CODCr、Zn、Cu、Ni、Cr、pH 均采用标准分析方法〔10〕进行测定。

　　2 结果与讨论

　　2.1 PAC与 GAC 的吸附效果比较

　　在反应温度为 25 ℃、振荡速度为 150 r/min、反应时间为 2 h 的实验条件下，考察了 PAC 和 GAC 对电镀废水中 CODCr 的去除效果。根据文献〔11〕，选择 PAC 投加量为 15～220 mg/L，结果如表 1 所示。由表1 可以看出，PAC 对电镀废水的CODCr 去除效果高于 GAC，这与 PAC 具有更大的比表面积相一致。

　　2.2 PAC 投加量对 CODCr 去除效果的影响

　　在 25 ℃ 下投加一定量的 PAC，振荡吸附 12 h，过滤，测定滤液的 CODCr，结果如图 1 所示。

图 1 PAC 投加量对 COD_Cr 去除效果的影响

　　由图 1 可知，PAC 投加量对 CODCr 的去除效果影响较大，随 PAC 投加量的增加 CODCr 去除率逐渐提高，当 PAC 超过 0.8 g/L 时，CODCr 去除率逐渐趋于平稳。由此确定 PAC 最佳投加量为 0.8 g/L。

　　2.3 吸附时间对 CODCr 去除效果的影响

　　在 25 ℃下加入 0.8 g/L PAC，每隔 1 h 取样，过滤后测定其 CODCr，考察吸附时间对 CODCr 去除率的影响，见图 2。

图 2 吸附时间对 COD_Cr 去除效果的影响

　　由图 2 可知，CODCr 随 PAC 吸附时间的延长呈下降趋势，2 h 时吸附趋于平衡，随后 CODCr 去除率稳定在 21%～25%。确定 PAC 最佳吸附时间为 2 h。

　　2.4 pH 对 PAC 吸附效果的影响

　　在吸附温度为 25 ℃ 、PAC 投加量为 0.8 g/L 的条件下，用 1 mol/L 的 H2SO4 和 NaOH 调节废水的 pH 至 6.5～8.5( 考虑到后续的生化处理，实验考察了活性污泥微生物最适宜生长的 pH 范围 )，吸附 2 h 后过滤，测定滤液 CODCr，结果如图 3 所示。

图 3 pH 对 PAC 吸附效果的影响

　　由图 3 可知，在实验考察的整个 pH 范围内， CODCr 去除率呈先上升后下降的趋势，pH=8 时去除效果最佳。这可能是由于在此 pH 范围内，PAC 表面发生了碱性离解，使得 PAC 带正电，水中有机物的主要官能团如羧基、酚羟基等因失去质子而带负电，增强了吸附剂与吸附质之间的黏附作用，从而提高了 PAC 对 CODCr 的去除效果〔12〕。实验确定吸附过程中最适宜的 pH 为 8。

　　2.5 温度对 PAC 吸附效果的影响

　　调节废水 pH 至 8，在 PAC 投加量为 0.8 g/L、吸附时间为 2 h 的条件下，考察温度对 PAC 吸附效果的影响，结果如图 4 所示。

图 4 温度对 PAC 吸附效果的影响

　　由图 4可知，随着温度的升高，PAC 对 CODCr 的去除效果反而降低，温度为 10 ℃ 时的去除效果最好。这是因为吸附过程一般为放热反应，温度升高不利于吸附反应的进行。出于能耗与经济性方面的考虑，最终确定吸附温度为 25 ℃。

　　2.6 吸附等温线模型

　　向 10 个锥形瓶中分别加入 250 mL 电镀废水，投加 0 ～800 mg PAC，在前述最优吸附条件下进行试验，测定吸附后水样的 CODCr，确定相应的吸附等温线。据文献〔9〕，采用 CODCr 或 TOC 表征溶于废水中的有机物浓度，其吸附等温线可用单组分吸附等温式表示，但吸附等温线可能呈曲线或折线。

　　整理数据进行 Freundlich 吸附等温线拟合( 见图 5)，得到实验温度下 PAC 对 CODCr 的吸附等温式：

图 5 Freundlich 吸附等温线拟合（ 25 ℃）

　　式中： Qe———平衡吸附量，mg/mg;

　　Ce——CODCr 的吸附平衡质量浓度，mg/L;

　　K 及 1/n——无量纲吸附常数。

　　一般吸附常数 1/n>2 时，就可认为吸附剂对 CODCr 的吸附性能较差〔13〕。本实验中 PAC 对 CODCr 的吸附常数 1/n 为 8.93>2，故 PAC 对电镀废水中的 CODCr 吸附性能较差。。

　　3 结论

　　(1)去除电镀废水中的 CODCr 时，粉末活性炭的效果优于颗粒活性炭，其 CODCr 去除率为 14.3 % 。(2)PAC 的最佳吸附条件：温度为 25 ℃ ，pH=8，PAC 投加量为 0.8 g/L，吸附时间为 2 h，在此条件下， CODCr 的去除率在 20 %左右。 (3)Freundlich 等温拟合表明： PAC 对电镀废水中的 CODCr 吸附效果较差。