摘要:以污水厂脱水污泥、锯末和焦油的混合物为原料,采用ZnC l2和KOH为活化剂制备出过渡孔发达、强度大的污泥活性炭S-AC(ZnC l2)和S-AC(KOH),并将其应用于焦化废水生化出水中COD的深度处理。结果表明:2种吸附剂对焦化废水中COD的吸附行为均符合Langmuir等温方程,吸附量随着温度的升高而增大。伪二级方程可较好地描述2种吸附剂对COD的吸附行为,静态动力学数据结果符合液膜扩散方程,液膜扩散为吸附过程的主控步骤。动态吸附与脱附研究表明:吸附流速为10 BV/h(BV为吸附剂装柱体积)时,S-AC(KOH)对COD的穿透吸附量和饱和吸附量分别为11.75 mg/mL和13.54 mg/mL;S-AC(ZnC l2)对COD的穿透吸附量和饱和吸附量分别为12.46 mg/mL和14.53 mg/mL;以质量分数5%NaOH为脱附剂,脱附流速为5 BV/h时,吸附剂的脱附率可达90%以上。
关键词:污泥活性炭,COD,吸附,脱附,焦化废水
现阶段,国内焦化厂主要采用A/O法(缺氧/好氧工艺)法、A2/O法(厌氧/缺氧/好氧组合工艺)、SBR法(序批式活性污泥法)等生物脱氮工艺处理焦化废水,处理后出水COD质量浓度为200～300 mg/L,外观呈黄褐色且系统处理效果难以稳定,出水还需经深度处理后才能达标排放或回用[1]。
目前焦化废水的深度处理多采用絮凝法和吸附法。絮凝法采用水处理药剂进行混凝沉淀的污水处理,处理设施占地面积大,污染物仅从水中转移到污泥中,没有得到无害化降解,并产生后续污泥处理问题。吸附法采用活性碳等吸附材料,具有较高的去除效率[2],但价格昂贵,使用寿命较短,运行成本高。制备廉价的碳质吸附剂可避免目前吸附法的不足,国内外关于污泥活性炭已经做了大量的基础研究[3-5],但将其应用于焦化废水的处理未有报道。笔者通过添加锯末和焦油,改进制备工艺,获得综合性能优良的污泥活性炭,这不仅为污泥的资源化利用开辟了新的途径,也为焦化废水深度处理提供了技术支持。
1试验
1·1仪器、材料和分析方法
1) 仪器: SK - 2- 10 高温管式电阻炉、SpectrumOne傅里叶红外光谱仪、M icromeritics ASAP-2010比表面积孔径测定仪、722 型分光光度计、TG328A 型电光分析天平、ZD - 85 恒温振荡器、pHS- 25 型酸度计、直径12 mm 玻璃吸附柱、DHL- B电脑恒流泵。
2) 材料: 氢氧化钠, 盐酸, 无水乙醇, 均为分析纯; 颗粒商品活性炭; 脱水后污泥(含水率8912% ) ; 废水取自马钢集团焦化厂污水处理站出水, 其废水中COD 质量浓度为19618 mg /L。
3) 分析方法: COD测试采用重铬酸钾法。
1.2 试验方法
1) 污泥活性炭的制备方法[ 3- 5] 。将污泥放入干燥箱中在105 e 干燥24 h, 破碎、筛分后加入适量的锯末和焦油, 分别与5 mol /L的ZnC l2和KOH按固液比1B 2混合均匀, 静置浸渍20 h后, 放入管式炉中进行炭化活化, 加热速率为10 e /m in,活化温度为550 e , 活化时间为1 h, 试验中利用N2作为保护气。活化产物用质量分数10% 的HC l和70 e 以上热水进行漂洗, 烘干后备用。
2) 不同投加量对吸附的影响。分别称取0.1,0.2, 0.3, 0.4, 0.5 g的S- AC ( KOH ) 和S- AC( ZnC l2 ) 置于150 mL 的锥形瓶中, 依次加入100mL焦化废水, 置入温度为303 K 的水浴恒温振荡器, 以120 r /m in的转速振荡12 h, 使吸附达到平衡, 然后测定平衡时溶液中COD的去除率。
3 ) 不同pH 对吸附的影响。称取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的锥形瓶中, 依次加入100mL焦化废水, 用NaOH 或者H2 SO4将pH 分别调至3, 5, 7, 9, 11, 置入温度为303 K 的水浴恒温振荡器, 以120 r /m in 的转速振荡12 h, 使吸附达到平衡, 然后测定平衡时溶液中COD 的去除率。
4) 污泥活性炭的等温吸附。分别称取质量为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 的锥形瓶中, 加入100mL的焦化废水。然后置入一定温度( 288,303, 318 K ) 的水浴恒温振荡器, 以120 r/m in的转速振荡24 h, 使吸附达到平衡, 然后测定平衡时溶液中COD的平衡吸附量。
5) 污泥活性炭的静态吸附动力学。称取0.1,0.2, 0.3, 0.4, 0.5 g的S- AC ( KOH ) 和S- AC( ZnC l2 ) 并分别置于150mL的锥形瓶中, 加入100mL焦化废水, 置入303 K 的水浴恒温振荡器中,以120 r/m in 的转速振荡。每隔10, 20, 30, 40,50, 60, 80, 120, 180, 240, 360 m in 取样分析,作吸附时间与吸附量的关系曲线。
6) 污泥活性炭的动态吸附。在吸附柱中用湿法装柱加入5mL的S- AC( KOH )和S- AC ( ZnC l2 ),用蒸馏水平衡吸附剂。通水方式为上部进水, 下部出水。将焦化废水以10 BV /h的流速(用恒流泵控制)通过玻璃吸附柱, 对吸附出水定时收集并测定吸附流出液中COD浓度, 作其穿透曲线。
7) 污泥活性炭的脱附。在室温下将质量分数5%盐酸溶液以5 BV /h的流速(用恒流泵控制)通过装有已吸附饱和的污泥活性炭, 对吸附出水定时收集并测定吸附流出液中COD浓度, 作其脱附曲线。
2 结果与讨论
2.1 污泥活性炭性质
2.1.1 污泥活性炭孔结构
对于污泥活性炭, 采用ASAP- 2010型比表面积分析仪在77 K 下通过氮吸附来测定污泥活性炭的比表面积(SA ) 和平均孔径(DP )。通过吸附等温线计算出过渡孔的总孔体积( VT ) 和过渡孔体积(VM ) , 结果见表1。
由表1和图1可知, 商品活性炭以微孔为主,具有较高的BET比表面积; 2种污泥活性炭的比表面积和孔容很大程度上由过渡孔提供, 其中S- AC(KOH ) 微孔容积较大, S - AC ( ZnC l2 ) 过渡孔容积较大。由此可以推断, 污泥活性炭可能对分子直径偏大的污染物具有比商品活性炭更好的吸附性能。。
2.1.2 强度测定按照GB /T770211) 1997 5煤质颗粒活性炭试验方法6 中关于活性炭强度的标准来测定, S- AC( KOH) 和S - AC ( ZnC l2 ) 的强度分别达到85%和89%以上, 达到了商品颗粒活性炭的应用水平。（安徽工业大学建筑工程学院）
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