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活性炭吸附法处理染料废水的发展研究

作者:北京水处理发布时间:2010-07-09

随着染料与印染工业的发展,其生产废水已成为当前最重要的水体污染源之一。这类废水具有颜色深,COD、BOD值较高,组成复杂多变,排放量大,分布面广,难降解等特点,若不经处理,直接排放将给生态环境带来严重危害。染料废水处理主要有化学法、生化法及物理化学法。活性炭是多孔性物质,且具有很大的比表面积,使目前最有效的吸附剂之一。能有效地去除废水的色度、COD.对于一些难以生化降解、成分复杂的染料废水,如偶氮染料废水等,可以以活性炭吸附的方法进行脱色处理。

    1.活性炭吸附法

    活性炭吸附法是一种应用较早的方法.该法对去除水中溶解性有机物非常有效.但它再生比较困难,处理成本较高,因此应用面窄.一般可用于浓度较低的染料废水处理或深度处理.

    1.1活性炭对不同染料的吸附

    对于印染工业,活性炭能有效去除废水中的活性染料、酸性染料、碱性染料、偶氮染料。活性炭在吸附水溶性染料时吸附率高,但不能吸附悬浮固体和不溶性染料。

    现时国内对多种染料进行活性炭吸附,其中对红色、黑色的染料研究较多,如酸性品红、碱性品红、活性艳红、活性黑、耐晒黑等等,普遍的脱色率达90%以上。

    不同的染料吸附的平衡时间也不一样,并在吸附动力学上有不同的表现。活性炭使一些染料脱色能较快达到平衡,一些则需要较长时间,平衡时间由3h到17h不等。另外,各种染料的吸附等温线一般都符合Frendlich方程。

    1.2pH值对活性炭吸附染料的影响

    几乎所有研究活性炭对染料吸附影响因素的文献都对pH值对活性炭吸附染料的影响作了实验分析。pH对活性炭吸附染料的影响不能一概而论,其结果与染料废水本身的组成与性质有关.例如,酸性染料的脱色率会随pH增加而降低,碱性染料的脱色率则会随pH增加而增加,而pH呈中性的染料的脱色率跟pH值的变化没有太大的关系。但总体说来,pH值对活性炭吸附染料无任何影响或影响不大。

    如在研究活性炭对酸性品红、碱性品红、活性黑的吸附得出,染料废水的pH值在2~11之间变化时,酸性品红、碱性品红、活性黑B-113的脱色率分别在91%~95%、97.5%~100%、92.5%~97.5%之间变化.从整体来看,pH值的变化对废水脱色率没有太大的影响。

    1.3其它因素对活性炭吸附染料的影响

    除了染料种类和pH值以外,还有其它一些会影响对活性炭吸附染料的因素,比如活性炭的的孔径分布、形态、加入量、吸附时间、温度等。

    近年来,很多科学家通过对活性炭吸附过程的进一步深入了解,在吸附机理和活性炭预处理技术方面都取得了很大的进展。G.M.Walker等研究了3种酸性染料在活性炭上的吸附行为,发现只有14%的比表面积发挥了吸附作用,一方面原因是由于存在多分子层的吸附,另一方面原因是活性炭中很多微孔孔径太小,不能吸附染料大分子,同时,TamaiHisashi等也证实了中孔较多的活性炭易吸附染料分子,主要原因是中孔不仅对吸附有贡献,同时也为吸附质的扩散提供了宽敞的通道.这说明活性炭孔径小,虽然会有较大的比表面积,但是如果孔径过小,对于吸附大分子染料是不利的。
同时,不同的活性炭存在的形态对于吸附作用也是有影响的。活性炭多见有粉末状、颗粒状的,现在也有使用活性炭纤维作为吸附材料。

    总体说来,活性炭越多,吸附效果越好;对于不同的染料有不同的最佳加入量,掌握最佳的加入量,一来可以达到好的吸附效果,二来节省原料。

    实践证明,在一定范围内,温度越高,吸附效率越高,这与染料颗粒热运动频繁,碰撞几率上升有关。

    2.活性炭吸附处理染料废水的耦合方法

    虽然活性炭是目前最有效的吸附剂之一,能有效去除色度和COD,但是大多数是和其它工艺耦合的。活性炭吸附多用于深度处理或将活性炭作为载体和催化剂,单独使用活性炭处理较高浓度的染料废水的研究很少。

    2.1以活性炭纤维作为载体的染料废水处理法

    对酸性染料和直接染料废水,选用不锈钢加活性炭作为催化电极,利用其导电、吸附、催化等综合性能及染料分子的自由基被氧化、絮凝的原理处理染料废水。电解时,阳极的不锈钢逐渐溶解,同时废水中的染料分子的自由基被氧化、聚合、絮凝,这样发色基团就会被打破,有机物也得到降解。

    活性炭纤维作为一种新型的催化电极材料,兼有导电、吸附和催化的综合性能,用其对染料废水进行电解处理,可以起到非常好的脱色效果,它的应用对于染料废水的预处理具有重要的意义。

    2.2微波强化内电解染料

    近年来,发展了一种微波强化内电解处理染料废水的新方法,用活性炭与铸铁采用一定比例混合,用活性炭的吸附作用、炭与铸铁以及铸铁本身的内电解作用处理印染废水;然后利用微波再生炭铁混合物。这样不仅吸附饱和的活性炭被微波再生,吸附作用恢复并稍有提高;同时微波起到了强化炭铁混合物的内电解作用的效果。采用这种新方法对染料模拟废水进行处理,结果令人满意。

    2.3颗粒活性炭负载TiO2薄膜

    目前,国内外非均相光催化氧化处理污水的研究工作多采用无毒、难溶、可重复使用的锐钛矿型的TiO2作为催化剂,以紫外激发TiO2,产生OH·自由基,使有机物氧化。该理论研究取得了丰硕成果。但是,该技术在实际应用中仍然存在着问题,其中需要解决的主要问题之一是TiO2催化剂的固定。有研究以杏壳颗粒活性炭作为催化剂的载体,以钛酸四丁酯为前驱物,采用溶胶—凝胶法对TiO2光催化剂进行了固定,并对含染料溶液进行了光催化降解研究利用溶胶—凝胶技术制备以颗粒活性炭为载体的TiO2膜处理染料污水,脱色率较高,平均可达92%。

    2.4载锰活性炭对甲基紫染料微波降解

    有研究制备出一系列负载锰氧化物的颗粒活性炭,通过研究并发现:在活性炭存在下,微波辐射可使甲基紫染料废水迅速脱色。甲基紫的微波降解动力学可近似看作一级反应。微波辐射时间、甲基紫溶液初始浓度、溶液pH值、活性炭量和微波辐射功率等因素对甲基紫的微波降解均有影响。

相对于普通活性炭,适当负载锰氧化物后可以明显提高甲基紫的降解率。
    活性炭与其它材料、方法复合处理染料废水的例子不胜枚举,并在不断的发展当中,通过研究,已经得到不少令人可喜的结果。

    3.活性炭吸附法处理染料废水的发展前景

    染料废水的脱色是急待解决的难题,因此研究活性炭吸附对染料废水脱色的研究具有现实意义.但活性炭再生比较难、成本较高是限制活性炭吸附法的一大原因,因此,提高活性炭再生技术,循环利用活性炭降低成本是今后研究的重点。同时,鉴于活性炭处理的特殊性质,将其与其他化学剂及与其它方法耦合,处理染料废水效果就会更好,因此,现时大多数有关活性炭吸附法处理染料废水的报道不断推陈出新,有着良好的发展前景。
 

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