染料廢水具有組成成分復(fù)雜、難生物降解、色度高、有機(jī)物濃度高、水質(zhì)和水量變化大等特點(diǎn),屬于難治理的廢水之一。
去除廢水中染料的基本方法有化學(xué)法、生物法和物理法。其中物理法中的吸附法具有吸附劑來源廣泛、吸附效率高、種類多、方法簡(jiǎn)單易行、環(huán)保,且能夠選擇性地富集某些化合物等優(yōu)勢(shì)。
目前,用于處理染料廢水的吸附劑主要有活性炭、樹脂、天然礦物和各種廢棄物等。其中活性炭的表面和內(nèi)部有許多孔,具有去除能力高,比表面積大,能選擇性地去除染料的特點(diǎn),應(yīng)用較為廣泛。
活性炭吸附法具有成本低、成效快、污染小等優(yōu)點(diǎn),適用于小規(guī)模企業(yè)的染料廢水處理。但是,由于吸附法只是將染料吸附在吸附劑上,不能破壞染料分子結(jié)構(gòu),故其適合染料廢水的前期處理。吸附法可結(jié)合化學(xué)混凝法、氧化法、電化學(xué)方法等其他方法綜合辦法來處理染料廢水,效果更佳。
在活性炭吸附染料廢水的系統(tǒng)中,影響吸附行為的因素眾多,包括投加量、粒徑、比表面積、孔隙結(jié)構(gòu)等活性炭方面的因素,也有染料濃度等染料廢水方面的因素,還有時(shí)間、溫度、pH值等外界環(huán)境方面的因素。目前,對(duì)于影響吸附因素的研究還停留在定性分析層面,若能實(shí)現(xiàn)定量表征上述因素對(duì)吸附行為的影響程度,找出影響吸附的主要因素,就能方便快捷地選擇吸附劑,達(dá)到較佳吸附效果并提高活性炭的利用率。
針對(duì)活性染料廢水處理,波濤活性炭廠家研究了活性炭的材質(zhì)、物理形態(tài)及用量對(duì)CODcr降解率的影響,以及活性炭用量、吸附溫度和時(shí)間,及pH值對(duì)染料脫色率的影響,優(yōu)化其處理工藝條件,經(jīng)實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論如下:
一、活性炭對(duì)CODcr去除率的影響
1、活性炭材質(zhì)對(duì)CODcr去除率的影響
在染料廢水中,分別加入相同目數(shù)、相同質(zhì)量的椰殼類、果殼類和木材類顆;钚蕴浚诔貤l件下,測(cè)定不同吸附時(shí)間時(shí)的CODcr去除率,結(jié)果如圖1所示。
由圖1可知:椰殼類顆粒活性炭和果殼類顆;钚蕴繉(duì)染料廢水CODcr的去除率顯著高于木材類顆;钚蕴俊F渲,椰殼類的CODcr去除率較高。這可能是因?yàn)橐瑲ゎ惖谋砻婵障遁^多且疏松,木材類表面的空隙結(jié)構(gòu)緊密,果殼類表面空隙略多于木材類,但空洞較淺,吸附較少。
2、活性炭物理形態(tài)對(duì)CODcr去除率的影響
采用椰殼類柱狀活性炭,尺寸為2mm×4mm;顆粒狀活性炭為自制,即將柱狀活性炭用離心碾磨機(jī)粉碎,再用篩子篩選出不同粒徑的顆粒狀活性炭。分別在染料廢水中投人顆粒狀活性炭和柱狀活性炭各20g,在常溫條件下吸附,測(cè)定不同吸附時(shí)間的CODcr去除率,結(jié)果如圖2所示。
由圖2可知,顆粒狀活性炭對(duì)CODcr的去除率約為柱狀活性炭的1.2倍。顆粒狀活性炭孔徑較小且多,吸附CODcr的容量較大;柱狀活性炭的空隙數(shù)量有限且接觸面積相對(duì)較小,所以顆粒狀活性炭比柱狀活性炭的CODcr去除率高。
3、粒徑對(duì)CODcr去除率的影響
采用10g顆粒狀活性炭,粒徑分別為0.3mm、0.09mm、0.074mm的在常溫條件下吸附,測(cè)定不同吸附時(shí)間的CODcr去除率,結(jié)果如圖3所示。
由圖3可知:活性炭粒徑為0.09mm時(shí),染液的CODcr去除率較高,為95%~98%;粒徑為0.3mm時(shí),CODcr去除率較低,80%~85%;0.074mm粒徑的活性炭,CODcr去除率87%~91%。由此可見,活性炭粒徑并非越小越好,粒徑適中的活性炭對(duì)廢水CODcr去除率更高。
4、活性炭質(zhì)量對(duì)CODcr去除率的影響
在染料廢水中,分別加入不同質(zhì)量的顆粒狀活性炭,在常溫條件下吸附,測(cè)定不同吸附時(shí)間的CODcr去除率,結(jié)果如圖4所示。
如圖4所示:隨著活性炭投加量的增加,染料廢水的CODcr去除率逐漸升高。3g時(shí),飽和吸附時(shí)的CODcr去除率為47%左右,6g時(shí),飽和吸附時(shí)的CODcr去除率為70%左右;12g時(shí),飽和吸附時(shí)的CODcr去除率為85%左右;15g時(shí),飽和吸附時(shí)的CODcr去除率為95%左右。隨著活性炭投入量的增多,CODcr去除率也隨之上升,而吸附時(shí)間也在增加。活性炭的用量越多,CODcr去除率越高。
二、活性炭對(duì)染料廢水脫色率影響
1、活性炭質(zhì)量對(duì)脫色率的影響
取質(zhì)量濃度為250mg/L,pH=6.65的染料廢水100mL。將不同質(zhì)量的顆粒狀活性炭分別投入染料廢水中,在常溫條件下吸附60min后,測(cè)定脫色率,結(jié)果如圖5所示。
由圖5可知:隨著活性炭質(zhì)量的增加,染料廢水的脫色率呈現(xiàn)先加大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)活性炭質(zhì)量少于1.0g時(shí),染料脫色率明顯增加,大于1.0g以后,隨著活性炭質(zhì)量的增加,脫色率明顯減小。其原因可能是隨著活性炭質(zhì)量的增加,產(chǎn)生堆積效應(yīng),使活性炭比表面積減小,從而影響對(duì)染料廢水中染料分子的吸附。
2、溫度對(duì)脫色率的影響
在不同的溫度下,于染料廢水中加入1g活性炭,吸附60min后,測(cè)定脫色率,結(jié)果如圖6所示。
由圖6可知:隨著吸附溫度的逐漸升高,脫色率不斷增加,但溫度高于70℃后脫色率有逐漸下降的趨勢(shì)。隨著溫度的升高,廢水中的染料可能會(huì)發(fā)生聚集,從而使活性炭吸附減小。
3、pH值對(duì)脫色率的影響
在70℃條件下,調(diào)節(jié)染料廢水的pH值,加入1g活性炭,吸附60min后,測(cè)定脫色率,結(jié)果如圖7所示。
由圖7可知:在不同的pH值條件下,活性炭對(duì)染料廢水脫色率的影響不大。這說明活性炭對(duì)染料廢水中染料的吸附是一個(gè)物理過程,對(duì)染料廢水pH值的變化不敏感。
4、吸附時(shí)間對(duì)脫色率的影響
在70℃條件下,于染料廢水中加入1g活性炭,測(cè)定不同吸附時(shí)間的脫色率,結(jié)果如圖8所示。
由圖8可知:脫色率在短時(shí)間內(nèi)隨吸附時(shí)間的增加而顯著提高,隨后增加效果不顯著且還有適當(dāng)降低。由多孔吸附的動(dòng)力學(xué)模型可知:吸附開始階段,染料分子快速填充孔隙;之后由于擴(kuò)散阻力的增加,吸附速度變慢。
三、結(jié)論
1、椰殼類顆粒活性炭對(duì)活性染料廢水CODcr的去除率效果較好較大;顆粒狀活性炭對(duì)活性染料廢水CODcr的去除率明顯高于柱狀活性炭;钚蕴苛綖0.09mm時(shí),其對(duì)活性染料廢水CODcr去除率較佳,但活性炭的粒徑也并非越小越好,粒徑適中的活性炭對(duì)活性染料廢水CODcr去除率更好;其質(zhì)量為15g時(shí),CODcr的去除率較高。
2、溫度為70℃,吸附時(shí)間為20min時(shí),活性炭質(zhì)量在1.0g左右時(shí),其對(duì)活性染料廢水的脫色率較高;pH值的變化對(duì)活性炭提高活性染料廢水脫色率效果不明顯。