旋转填料床中活性炭吸附含酚废水研究

旋转填料床中活性炭吸附含酚废水研究5O9文章编号：1006—9941(2016)05-0509—06旋转填料床中活性炭吸附含酚废水研究武晓娜，刘有智，焦纬洲(1．中北大学山西省超重力化工工程技术研究中心，山西太原030051；2．超重力化工过程山西省重点实验室，山西太原030051)摘要：以旋转填料床(RPB)作为吸附设备，活性炭为吸附剂处理模拟含酚废水，考察了转速、液体流率及初始浓度等因素对苯酚去除率的影响，确定适宜操作条件；分别采用拟一级和拟二级动力学模型研究了吸附动力学，并考察了各因素对吸附速率常数的影响；在相同操作条件下就去除率和速率常数与传统吸附法进行对比。结果表明：超重力因子为44．68、液体流率为35L·h。‘时，处理初始浓度为1000mg·L苯酚废水，吸附2h后，苯酚去除率最大，为90％左右，相同操作条件下较传统吸附法提高了30％；拟二级动力学模型线性拟合得到的吸附速率常数随着超重力因子以及液体流率的增大而增大，并得到最适宜操作条件下旋转填料床吸附法和传统吸附法的动力学方程分别为t／q=0．02648+0．77932t和t／q=0．02869+1．55707t，吸附速率常数较传统吸附法而言，由5．28×10提高到9．02xl0～。关键词：旋转填料床(RPB)；吸附；苯酚；废水；吸附速率常数中图分类号：TJ55文献标志码：ADOI：10．11943issn．1006—9941．2016．05．0141引言酚类化合物是一类重要的有机化工原料，广泛应用于火炸药合成、石油化工、炼油等工业领域，是火炸药企业工业废水的主要成分之一⋯，这种废水的毒性强，来源广、水量大，其排放会给环境造成严重的污染，因此对该类废水的治理非常重要。而对于高浓度的含酚废水，首先要考虑对酚的回收。目前含酚废水的处理方法主要有吸附法、溶剂萃取法、化学法、膜分离技术和生物法等，其中吸附法因工艺比较成熟，且处理物质易回收，被国内外作为处理含酚废水的主要方法，但传统的吸附设备存在吸附速率较慢，床层阻力较大，不易脱附等问题。超重力旋转填料床(RotatingPackedBed，RPB)是20世纪80年代开发的一种强化传质过程的新型传质设备，它依靠旋转产生的超重力和剪切力使液体在多孔填料中高度分散，大大提高了气液两相间的接触面积、湍动程度以及相对运动速度。目前，超重力收稿日期：2015-06—10；修回日期：2015-08-25基金项目：国家自然科学基金项目(21376229)作者简介：武晓娜(1991一)，女硕士研究生，主要从事超重力技术在吸附方面的应用研究。e-mail：1025781818@qq．com通信联系人：刘有智(1958一)，男，教授，博士生导师，主要从事超重力场中多相流传质与化学反应研究。e-mail：lyzzhongxin@126．com技术已广泛应用于吸收、精馏和分离等化工过程，但将其用于吸附领域的报道较少。2000年，Lin等研究了在超重力场中低浓度碱性黄色染料的吸附过程，采用拟一级反应和内扩散模型解释该过程，结果表明：超重力可以提高速率常数以及扩散速率，强化传质。同时对比了超重力作用下，活性炭对低浓度碱性黄色染料以及活性橙的吸附，结果表明超重力对两种物质的吸附均有促进作用。2004年，Lin和Chen等”在超重力场下去除水中的乳化十二烷，分别采用活性炭和锯屑作吸附剂，发现超重力可强化传质，增大吸附速率，且在一定范围内，传质系数随转速以及液体流率的增大而增大。2012年，Chang等在RPB中采用活性炭吸附溶液中低浓度灭多威，并与传统问歇式搅拌釜(BBR)进行比较，发现RPB较BBR有更低的平衡浓度，更快的内部传质，同时吸附动力学也表明RPB中的扩散大大增强。而以上研究大多是针对低浓度废水(低于500mg·)，对高浓度废水的吸附研究欠缺，且对于吸附动力学的研究不够全面。同时，活性炭具有发达的孑L隙结构和较大的比表面积，作为性能优良的吸附材料广泛应用于工业用水、饮用水及废水的净化。。。基于此，本研究以苯酚模拟污染物，活性炭为吸附剂，利用超重力技术强化吸附法处理高浓度含酚废水，CHINESEJOURNALOFENERGETICMATERIALS含能材料2016年第24卷第5期(509—514)51O武晓娜，刘有智，焦纬洲将旋转填料床代替传统吸附床，探讨了不同条件下RPB的吸附性能，并研究了苯酚在RPB中的吸附动力学，以期为超重力技术在吸附处理高浓度炸药废水领域提供一定的理论基础。2实验部分2．1实验原料苯酚(分析纯)由天津化工试剂三厂提供，蒸馏水为实验室自制。表1活性炭的孔结构特性Table1Theporestructuresoftheactivatedcarbon活性炭(工业纯、柱状)由山西新华化工厂提供，活性炭的孔结构特性采用Quadr