摘要:以污水廠脫水污泥、鋸末和焦油的混合物為原料,采用ZnC l2和KOH為活化劑制備出過渡孔發達、強度大的污泥活性炭S-AC(ZnC l2)和S-AC(KOH),并將其應用于焦化廢水生化出水中COD的深度處理。結果表明:2種吸附劑對焦化廢水中COD的吸附行為均符合Langmuir等溫方程,吸附量隨著溫度的升高而增大。偽二級方程可較好地描述2種吸附劑對COD的吸附行為,靜態動力學數據結果符合液膜擴散方程,液膜擴散為吸附過程的主控步驟。動態吸附與脫附研究表明:吸附流速為10 BV/h(BV為吸附劑裝柱體積)時,S-AC(KOH)對COD的穿透吸附量和飽和吸附量分別為11.75 mg/mL和13.54 mg/mL;S-AC(ZnC l2)對COD的穿透吸附量和飽和吸附量分別為12.46 mg/mL和14.53 mg/mL;以質量分數5%NaOH為脫附劑,脫附流速為5 BV/h時,吸附劑的脫附率可達90%以上。
關鍵詞:污泥活性炭,COD,吸附,脫附,焦化廢水
現階段,國內焦化廠主要采用A/O法(缺氧/好氧工藝)法、A2/O法(厭氧/缺氧/好氧組合工藝)、SBR法(序批式活性污泥法)等生物脫氮工藝處理焦化廢水,處理后出水COD質量濃度為200~300 mg/L,外觀呈黃褐色且系統處理效果難以穩定,出水還需經深度處理后才能達標排放或回用[1]。
目前焦化廢水的深度處理多采用絮凝法和吸附法。絮凝法采用水處理藥劑進行混凝沉淀的污水處理,處理設施占地面積大,污染物僅從水中轉移到污泥中,沒有得到無害化降解,并產生后續污泥處理問題。吸附法采用活性碳等吸附材料,具有較高的去除效率[2],但價格昂貴,使用壽命較短,運行成本高。制備廉價的碳質吸附劑可避免目前吸附法的不足,國內外關于污泥活性炭已經做了大量的基礎研究[3-5],但將其應用于焦化廢水的處理未有報道。筆者通過添加鋸末和焦油,改進制備工藝,獲得綜合性能優良的污泥活性炭,這不僅為污泥的資源化利用開辟了新的途徑,也為焦化廢水深度處理提供了技術支持。
1試驗
1·1儀器、材料和分析方法
1) 儀器: SK - 2- 10 高溫管式電阻爐、SpectrumOne傅里葉紅外光譜儀、M icromeritics ASAP-2010比表面積孔徑測定儀、722 型分光光度計、TG328A 型電光分析天平、ZD - 85 恒溫振蕩器、pHS- 25 型酸度計、直徑12 mm 玻璃吸附柱、DHL- B電腦恒流泵。
2) 材料: 氫氧化鈉, 鹽酸, 無水乙醇, 均為分析純; 顆粒商品活性炭; 脫水后污泥(含水率8912% ) ; 廢水取自馬鋼集團焦化廠污水處理站出水, 其廢水中COD 質量濃度為19618 mg /L。
3) 分析方法: COD測試采用重鉻酸鉀法。
1.2 試驗方法
1) 污泥活性炭的制備方法[ 3- 5] 。將污泥放入干燥箱中在105 e 干燥24 h, 破碎、篩分后加入適量的鋸末和焦油, 分別與5 mol /L的ZnC l2和KOH按固液比1B 2混合均勻, 靜置浸漬20 h后, 放入管式爐中進行炭化活化, 加熱速率為10 e /m in,活化溫度為550 e , 活化時間為1 h, 試驗中利用N2作為保護氣�；罨a物用質量分數10% 的HC l和70 e 以上熱水進行漂洗, 烘干后備用。
2) 不同投加量對吸附的影響。分別稱取0.1,0.2, 0.3, 0.4, 0.5 g的S- AC ( KOH ) 和S- AC( ZnC l2 ) 置于150 mL 的錐形瓶中, 依次加入100mL焦化廢水, 置入溫度為303 K 的水浴恒溫振蕩器, 以120 r /m in的轉速振蕩12 h, 使吸附達到平衡, 然后測定平衡時溶液中COD的去除率。
3 ) 不同pH 對吸附的影響。稱取5 份0.1,0.2, 0.3, 0.4, 0.5 g的S- AC ( KOH ) 和S- AC( ZnC l2 ) , 并置于150 mL的錐形瓶中, 依次加入100mL焦化廢水, 用NaOH 或者H2 SO4將pH 分別調至3, 5, 7, 9, 11, 置入溫度為303 K 的水浴恒溫振蕩器, 以120 r /m in 的轉速振蕩12 h, 使吸附達到平衡, 然后測定平衡時溶液中COD 的去除率。
4) 污泥活性炭的等溫吸附。分別稱取質量為0.1,0.2, 0.3, 0.4, 0.5 g的S- AC ( KOH ) 和S- AC ( ZnC l2 ), 并置于150 mL 的錐形瓶中, 加入100mL的焦化廢水。然后置入一定溫度( 288,303, 318 K ) 的水浴恒溫振蕩器, 以120 r/m in的轉速振蕩24 h, 使吸附達到平衡, 然后測定平衡時溶液中COD的平衡吸附量。
5) 污泥活性炭的靜態吸附動力學。稱取0.1,0.2, 0.3, 0.4, 0.5 g的S- AC ( KOH ) 和S- AC( ZnC l2 ) 并分別置于150mL的錐形瓶中, 加入100mL焦化廢水, 置入303 K 的水浴恒溫振蕩器中,以120 r/m in 的轉速振蕩。每隔10, 20, 30, 40,50, 60, 80, 120, 180, 240, 360 m in 取樣分析,作吸附時間與吸附量的關系曲線。
6) 污泥活性炭的動態吸附。在吸附柱中用濕法裝柱加入5mL的S- AC( KOH )和S- AC ( ZnC l2 ),用蒸餾水平衡吸附劑。通水方式為上部進水, 下部出水。將焦化廢水以10 BV /h的流速(用恒流泵控制)通過玻璃吸附柱, 對吸附出水定時收集并測定吸附流出液中COD濃度, 作其穿透曲線。
7) 污泥活性炭的脫附。在室溫下將質量分數5%鹽酸溶液以5 BV /h的流速(用恒流泵控制)通過裝有已吸附飽和的污泥活性炭, 對吸附出水定時收集并測定吸附流出液中COD濃度, 作其脫附曲線。
2 結果與討論
2.1 污泥活性炭性質
2.1.1 污泥活性炭孔結構
對于污泥活性炭, 采用ASAP- 2010型比表面積分析儀在77 K 下通過氮吸附來測定污泥活性炭的比表面積(SA ) 和平均孔徑(DP )。通過吸附等溫線計算出過渡孔的總孔體積( VT ) 和過渡孔體積(VM ) , 結果見表1。
由表1和圖1可知, 商品活性炭以微孔為主,具有較高的BET比表面積; 2種污泥活性炭的比表面積和孔容很大程度上由過渡孔提供, 其中S- AC(KOH ) 微孔容積較大, S - AC ( ZnC l2 ) 過渡孔容積較大。由此可以推斷, 污泥活性炭可能對分子直徑偏大的污染物具有比商品活性炭更好的吸附性能。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。
2.1.2 強度測定按照GB /T770211) 1997 5煤質顆�；钚蕴吭囼灧椒�6 中關于活性炭強度的標準來測定, S- AC( KOH) 和S - AC ( ZnC l2 ) 的強度分別達到85%和89%以上, 達到了商品顆粒活性炭的應用水平。（安徽工業大學建筑工程學院）
詳情請點擊下載附件：污泥活性炭對焦化廢水中COD的深度處理
