活性炭吸附电镀废水中CODCr的实验研究

2017-03-15 08:52:27 7

  电镀废水来源于电 镀生产过程中的镀件清洗 、镀液过滤工序以及因操作或管理不善导致的 “ 跑 、冒 、滴 、漏 ”等 。电镀废水主要含有铬 、 铜 、镍、锌 、锡等金属离子,其次是酸、碱类污染物 ,有些还含有氰化物、 表面活性剂等 〔1〕。 2008 年实施的 GB 21900— 2008《电镀污染物排放标准》首次将 CODCr 纳入考量指标,其规定 CODCr 排放限值为 80 mg/L〔2〕。

  目前电镀废水的物化处理方法主要是集中处理废水中的各种重金属,对去除 CODCr 考虑甚少 ,而且各种物化方法不同程度 地存在工艺复杂 、能耗大 、成本高 、占地面积大 、运转费用高 、有二次污染等问题,需对现有处理方法进行调整 。粉末活性炭活性污泥 法 (PACT 法 ) 是美国杜邦公司开发的一种强化生物处理方法,此法可充分发挥活性炭的优良吸附能力及微生物氧化的 协同增效作用 ,其抗毒能力和分解作用均较强 〔3〕。据文献报道 〔4, 5, 6, 7〕,与 SBR 法相比 ,PACT 法在处理印染废水 、有机废水 、化工废水和含重金属的工业废水时具有明显的优势 ,且处理效果良好,可用于处理电镀废水。笔者采用粉末活性炭对电镀废水中的 CODCr 进行静态吸附研究,以期为 PACT 法处理电镀废水奠定一定的理论基础 。

  1 实验部分

  1.1 材料与仪器

  水样: 晋江东石镇华懋电镀集控区二次废水,其水质指标:颜色呈黄绿色 ,CODCr 约为260 ~420 mg/L,pH 为 6.5~8.0,Cu2+约为18.11~24.67 mg/L,总铬为 0.08~0.16 mg/L,Zn2+约 8.57~14.11 mg/L,Ni2+约 8.43~13.78 mg/L。

  吸附剂 : 商用粉末活性炭 (PAC)、 颗粒活性炭(GAC),广东汕头西陇化工有限公司提供,使用前在 105 ℃下预干燥2 h〔8〕。

  仪器 : DELTA-320 型精密 pH 计 ,梅特勒-托利多公司 ; TAS-986 原子吸收分光光度计,北京普析通用仪器有限公司 ; ZHWY-211B 型恒温培养振荡器 ,厦门德科科技有限公司 ; DHG-9070A 型电热恒温鼓风干燥箱,上海精宏实验设备有限公司 。

  1.2 实验方法

  称取一定质量的 PAC 置于 500 mL 锥形瓶中 ,加 入 250 mL 电镀废水 ,在一定温度和 pH 条件下 ,以 150 r/min 的速度振荡吸附一定时间 ,静置 、 过滤 ,测定滤液的 CODCr〔9〕。

  1.3 分析方法

  CODCr、Zn、Cu、Ni、Cr、pH 均采用标准分析方法 〔10〕 进行测定 。

  2 结果与讨论

  2.1 PAC与 GAC 的吸附效果比较

  在反应温度为 25 ℃、 振荡速度为 150 r/min、 反应时间为 2 h 的实验条件下 ,考察了 PAC 和 GAC 对电镀废水中 CODCr 的去除效果。 根据文献〔11〕,选择 PAC 投加量为 15~220 mg/L,结果如表 1 所示 。由表1 可以看出 ,PAC 对电镀废水的CODCr 去 除效果高于 GAC,这与 PAC 具有更大的比表面积相一致。

   2.2 PAC 投加量对 CODCr 去除效果的影响

  在 25 ℃ 下投加一定 量 的 PAC,振荡吸附 12 h,过滤,测定滤液的 CODCr,结果如图 1 所示。

 图 1 PAC 投加量对 CODCr 去除效果的影响

  由图 1 可知 ,PAC 投加量对 CODCr 的去除效果影响较大,随 PAC 投加量的增加 CODCr 去除率逐渐提高,当 PAC 超过 0.8 g/L 时 ,CODCr 去除率逐渐趋于平稳。 由此确定 PAC 最佳投加量为 0.8 g/L。

  2.3 吸附时间对 CODCr 去除效果的影响

  在 25 ℃下加入 0.8 g/L PAC,每隔 1 h 取样 ,过滤后测定其 CODCr,考察吸附时间对 CODCr 去除率的影响 ,见图 2。

 图 2 吸附时间对 CODCr 去除效果的影响

  由图 2 可知 ,CODCr 随 PAC 吸附时间的延长呈下降趋势 ,2 h 时吸附趋于平衡,随后 CODCr 去除率稳定在 21%~25%。 确定 PAC 最佳吸附时间为 2 h。

  2.4 pH 对 PAC 吸附效果的影响

  在吸附温度为 25 ℃ 、PAC 投加量为 0.8 g/L 的条件下 ,用 1 mol/L 的 H2SO4 和 NaOH 调节废水的 pH 至 6.5~8.5( 考虑到后续的 生化处理,实验考察了活性污泥微生物最适宜生长的 pH 范围 ),吸附 2 h 后过滤,测定滤液 CODCr,结果如图 3 所示。

 图 3 pH 对 PAC 吸附效果的影响

  由图 3 可知 ,在实验考察的整个 pH 范围内 , CODCr 去除率呈先上升后下降的趋势 ,pH=8 时去除效果最佳。 这可能是由于在此 pH 范围内 ,PAC 表面发生了碱性离解 ,使得 PAC 带正电 ,水中有机物的主要官能团如羧基、 酚羟基等因失去质子而带负电 ,增强了吸附剂与吸附质之间的黏附作用 ,从而提高了 PAC 对 CODCr 的去除效果 〔12〕。 实验确定吸附过程中最适宜的 pH 为 8。

  2.5 温度对 PAC 吸附效果的影响

  调节废水 pH 至 8,在 PAC 投加量为 0.8 g/L、 吸附时间为 2 h 的条件下 ,考察温度对 PAC 吸附效果的 影响 ,结果如图 4 所示 。

 图 4 温度对 PAC 吸附效果的影响

  由图 4可知 ,随着温度的升高 ,PAC 对 CODCr 的去除效果反而降低 ,温度为 10 ℃ 时的去除效果最好 。 这是因为吸附过程一般为放热反应 ,温度升高不利于吸附反应的进行 。 出于能耗与经济性方面的考虑 ,最终确定吸附温度为 25 ℃。

  2.6 吸附等温线模型

  向 10 个锥形瓶中分别加入 250 mL 电镀废水 ,投加 0 ~800 mg PAC,在前述最优吸附条件下进行试验,测定吸附后水样的 CODCr,确定相应的吸附等温线。 据文献〔9〕,采用 CODCr 或 TOC 表征溶于废水中的有机物浓度,其吸附等温线可用单组分吸附等温式表示,但吸附等温线可能呈曲线或折线 。

  整理数据进行 Freundlich 吸附等温线拟合( 见图 5),得到实验温度下 PAC 对 CODCr 的吸附等温式 :

 图 5 Freundlich 吸附等温线拟合( 25 ℃)

  

    

  式中 : Qe———平衡吸附量,mg/mg;

  Ce——CODCr 的吸附平衡质量浓度 ,mg/L;

  K 及 1/n——无量纲吸附常数。

  一 般 吸 附 常 数 1/n>2 时 ,就 可 认 为 吸 附 剂 对 CODCr 的吸附性能较差 〔13〕。 本实验中 PAC 对 CODCr 的吸附常数 1/n 为 8.93>2,故 PAC 对电镀废水中的 CODCr 吸附性能较差。具体参见污水技术资料更多相关技术文档。

  3 结论

  (1)去除电镀废水中的 CODCr 时 ,粉末活性炭的效果优于颗粒活性炭 ,其 CODCr 去除率为 14.3 % 。(2)PAC 的最佳吸附条件 : 温度为 25 ℃ ,pH=8,PAC 投加量为 0.8 g/L,吸附时间为 2 h,在此条件下 , CODCr 的去除率在 20 %左右 。 (3)Freundlich 等温拟合表明 : PAC 对电镀废水中的 CODCr 吸附效果较差。

电话咨询
客户案例
服务项目
QQ客服