活性炭吸附-微波诱导氧化处理有机废水

第26卷第1期2007年1月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVol.26,No.1January2007中国化学会“第八届水处理化学大会暨学术研讨会”论文(2006年8月10日).3高校博士点专项科研基金(20040213027),国家自然科学基金(50678045)资助项目.33通讯联系人.活性炭吸附2微波诱导氧化处理有机废水3张威王鹏33赵姗姗(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,绿色化学与技术研究中心,哈尔滨,150090)摘要研究了化工废水中有机污染物在颗粒活性炭(GAC)上的吸附行为,以及用微波辐照再生活性炭使污染物被诱导氧化的过程.结果表明,污染物在GAC上的吸附动力学为一级过程,修正后的Freundlich吸附等温线模型能更好地定量描述其吸附过程.再生后活性炭的碘值可以达到900mg·g-1左右,且能耗相对较低.关键词活性炭,吸附,有机废水,微波辐照.活性炭大量用于废气净化、水和废水处理之中[1].但是废弃的饱和活性炭造成资源浪费及二次污染等问题,限制了活性炭的应用范围[2].微波辐照再生活性炭是用微波产生高温,使活性炭上的有机污染物炭化、活化,恢复其吸附能力[3].微波加热可使有机污染物克服范德华引力开始脱附,随着微波能量的聚集,在致热和非致热效应的共同作用下,有机污染物一部分燃烧分解放出二氧化碳,另一部分炭化.本文考察了颗粒活性炭(GAC,JX2206型果壳炭)对化工废水中有机污染物的吸附行为,以及微波辐照诱导氧化被吸附的污染物使活性炭再生的规律.1实验部分111吸附量及吸附等温线的测定取一定量颗粒活性炭(GAC)置于250ml的锥形瓶内,加入100ml中国石油吉林石化公司某化工厂的废水,分别在pH3100和pH13180的条件下振荡吸附,振荡频率为140次·min-1,每隔一定时间取样,用COD测定仪测定出水COD值,连续实验12h.吸附量计算公式如下:Γ=(C0-C)×V/m式中,Γ为GAC对COD的吸附量(mgCOD·g-1),C0为废水初始COD值(mg·l-1),C为t时刻废水的COD值(mg·l-1),V为废水体积(l),m为GAC质量(g).分别在250ml的锥形瓶内加入5g,10g,15g,20g,25g,30g,40g活性炭,加入100ml原水,室内温度为1615℃,在振荡器上振荡24h达到吸附平衡,测定出水COD值,做出吸附等温线.112碘值的测定取30g吸附平衡的活性炭放在坩埚内,置于微波炉内,用热电偶测定不同辐照功率在不同辐照时间下活性炭的表面温度,考察活性炭在微波辐照下的升温行为.取10g吸附水饱和的活性炭放在坩埚内,置于微波炉内,在不同功率微波辐照下测定其质量随时间的变化,考察活性炭在微波辐照下的干燥行为.取10g吸附一定量COD的废活性炭放坩埚内,置于微波炉内,用不同功率微波辐照不同时间再生活性炭,测定活性炭再生后的碘值.碘值测定方法采用GB/T1249618—1999.2结果与讨论211吸附动力学模式©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net28环境化学26卷污染物在GAC上的吸附动力学可视为一级过程,其速率表达式为:dΓ/dt=k1(Γe-Γ)(1)式中,Γ和Γe分别为活性炭在t时刻和吸附达到平衡时的吸附量(mgCOD·g-1),k1为吸附动力学过程的速率常数.将式(1)进行积分:Γ=Γe[1-exp(-k1t)](2)拟合结果为:pH3100时,R2=019815,Te=4517mgCOD·g-1,k1=0193;pH13180时,R2=019970,Te=4210mgCOD·g-1,k1=0186.其中,pH3100时的速率常数要大于pH13180时的速率常数,与实验事实相符,也说明了该化工废水中的污染物在酸性条件下更容易被GAC吸附.212吸附等温式Freundlich吸附等温线模型:Γ=k·Cn(3)式中,k和n均为Freundlich吸附常数.修正后的Freundlich吸附等温线模型[4]:Γ=k′(C/m)n′(4)式中,m为GAC的质量(g).为了更好地定量描述污染物在活性炭上的吸附行为,根据Freundlich吸附等温线模型以及修正后的Freundlich吸附等温线模型利用最小二乘法分别对实验吸附平衡数据进行拟合.Freundlich:k=0100009,n=312413,R2=019685修正后的Freundlich:k′=110337,n′=016938,R2=019963修正后的Freundlich模型能更好地拟合吸附平衡数据.这是因为GAC吸附不同分子量的多组分溶液是剂量依赖型[4],即随着G