活性炭吸附处理实验室含Cr_废水的研究.

1、收稿日期:2009-10-26活性炭吸附处理实验室含Cr (V I 废水的研究李冬,席晓晶(洛阳理工学院环境工程与化学系,河南洛阳471023摘要:采用静态和动态吸附实验,探讨了溶液pH 值、活性炭用量对Cr (V I 吸附的影响以及活性炭动态吸附含Cr (V I 废水的效果及活性炭的再生。结果表明,利用活性炭处理实验室含Cr (V I 废水,具有处理效果好、再生容易等特点。关键词:活性炭;pH;吸附;含Cr (V I 废水;研究中图分类号:X703文献标识码:A 文章编号:1673-9655(201002-0053-03含铬废水被公认为是危害环境最严重的公害之一,总铬和六价铬被污水综合排放标

2、准(G B8978-1996指定为第一类污染物,规定了总铬的最高允许排放浓度为115mg/L,六价铬的最高允许排放浓度为015mg/L 。化学实验室也产生少量的含铬废水,如分析化学实验“重铬酸钾法测定铁矿石中铁的含量”、“六价铬的分光光度法测定”等。实验过程中产生两种含铬废水,一种含Cr (III ,一种含Cr (V I ,两种废水分别进行收集。含Cr (III 废水可直接采用化学沉淀法处理,而含Cr (V I 废水常用的方法有化学还原沉淀法、钡盐沉淀法、吸附法1等。其中化学还原沉淀法、钡盐沉淀法消耗化学药品较多,处理成本高;而吸附法在使用的吸附剂吸附达到饱和后,可以进行脱附再生,重复使用,从

3、而降低处理成本,减少废渣排放,同时回收吸附质。故本研究采用活性炭来处理实验室含Cr (V I 废水。1实验部分111主要仪器设备101-3型干燥箱,SHZ -82型水浴恒温振荡器,UV -9100型紫外可见分光光度计,pH s -25A 型pH 计等。112实验药品实验用活性炭为分析纯粒状活性炭,初始粒度110210mm ,活性炭经研磨,过100目筛后于200下活化30m in,冷却后置于干燥器内备用。113吸附实验11311含铬(V I 废水含铬(V I 废水取自化学实验室,废水中只含有Cr (V I ,即初始状态下,Cr (V I 浓度等于总铬浓度。用稀H 2S O 4和Na OH 溶液调

4、整pH 值。11312吸附实验静态吸附实验:称取一定量过筛后的活性炭加入到一定容积的含Cr (V I 废水中,振荡吸附一段时间后过滤,然后用二苯碳酰二肼比色法测定吸附前后溶液中Cr (V I 的浓度,计算其去除率。总铬测定采用高锰酸钾氧化-二苯碳酰二肼比色法。动态吸附实验:称取一定量的粒状活性炭装柱,让含Cr (V I 废水从上而下流过活性炭,定量采样,测定Cr (V I 和总铬的浓度。2结果与讨论211静态吸附21111pH 的影响分别将0120g 活性炭加入到100m l 含Cr (V I 废水中,在303K 恒温的条件下振荡吸附24h,在不同pH 值时Cr (V I 及总铬的去除率及吸附

5、前后pH 值的变化见表1。表1pH 值对活性炭吸附铬的影响含铬废水去除率/%pH 值Cr (V I 浓度/(mg/L Cr (V I 总铬吸附后pH 值160118599198501051160由表1可知,在pH 值较高时(pH 值>3141,Cr (V I 和总铬的去除率基本一致,对Cr (V I 的去除主要以吸附为主,几乎不发生还原作35环境科学导刊2010,29(2:53-55CN53-1205/X I SS N1673-9655用,吸附后溶液中铬以Cr (V I 的形式存在,吸附去除率随着pH 值的升高而下降,吸附后溶液pH 值均接近于中性,说明在吸附过程中要消耗H +;在pH

6、值较低时Cr (V I 和总铬的去除率相差较大,吸附和对Cr (V I 的还原同时进行,pH 值越低,还原作用越强,吸附后溶液中Cr (V I 和Cr (III 同时存在,吸附后溶液的pH 值仍较低,溶液呈酸性。为了探讨活性炭对Cr (V I 的吸附,后续实验含Cr (V I 废水采用较高的pH 值。21112用量的影响称取不同质量的活性炭,在303K 恒温条件下对50m l 含铬废水进行吸附,振荡24h,使吸附达到平衡,然后测定去除率。不同用量下Cr (V I 的去除率见表2。含Cr (V I 废水Cr (V I 浓度为921893mg /L,pH 为3152。表2用量对活性炭吸附铬的影响用

7、量/gCr (V I 去除率/%吸附后pH 991537145将表2实验所得平衡浓度c (mg/L 和平衡吸附量q (mg/g 作等温吸附线,如图1所示。吸附等温线形状呈反S 型。将图1中前4个数据用Lang muir 等温吸附方程拟合,结果为:c /q =012043c +012847,q =4189mg/g,b =0172g/L;相关系数r =01991>r 2,0101=01990吸附数据很好地符合Lang muir 等温吸附方程,表明在吸附的前段Cr (V I 在活性炭上的吸附属单分子层吸附(化学吸附2。而在吸附的后段随着平衡浓度的增大,吸附量也随着增大,表明出现了多分子层吸附3

8、。图线中的拐点表明单分子层吸附到多分子层吸附的转变。212动态吸附21211动态吸附采用了4种不同的吸附柱来进行动态吸附,含Cr (V I 废水Cr (V I 浓度为701323mg/L,pH 为3178。每柱共处理210L 废水,第1d 处理110L 废水,第2d 再处理110L 废水。吸附柱参数如下:柱1,内径d =18mm ,装入20g 活性炭,炭层厚h =17c m ,出水流量3m l/m in;柱2,内径d =15mm ,装入20g 活性炭,炭层厚h =2515c m ,出水流量3m l/m in;柱3,内径d =1015mm ,装入20g 活性炭 ,炭层厚h =51c m ,出水流

9、量115m l/m in;柱4,内径d =15mm ,装入40g 活性炭,炭层厚h =51c m ,出水流量3m l/m in 。由图2可知,在装炭量一定的情况下,随着柱子内径的缩小,炭层厚度的增加,其到达穿透点(六价铬浓度为015mg/L 时处理的水量越多,柱1为200m l,柱2为400m l,柱3为800m l;在炭层厚度一定时,装炭量越大,到达穿透点时处理的水量越多,柱3为800m l,柱4为1400m l;在第1d 处理完毕后,第2d 再处理废水时,最初的出水浓度有所下降,可能是在停止吸附期间内,吸附在表面的吸附质向活性炭内部扩散导致了表面孔隙恢复。21212活性炭再生对吸附了Cr

10、(V I 的柱1进行再生实验。将吸附柱底部阀门关闭,用015mol/L 的H 2S O 4加入45环境科学导刊第29卷第2期2010年4月到吸附柱中,对活性炭进行再生,浸泡24h 后打开阀门将溶液放出。操作两次,然后用水洗至出水呈中性,即为再生。将再生后的活性炭进行动态吸附,吸附曲线见图3。含Cr (V I 废水Cr (V I 浓度为701323mg/L,pH 为3178。由图3可知,再生后柱1到达穿透点时处理的水量增加了,为1800m l,与图2中的柱1相比,吸附能力大大增强了。原因应该是在再生过程中,活性炭吸附了再生液H 2S O 4中的H +,然后在后续的吸附过程中,吸附的H +不停地参

11、与到活性炭对Cr (V I 的吸附中,从而保证吸附在适当的pH 值下进行,吸附能力增加。故在吸附前若将活性炭预先酸化处理,将有利于对Cr (V I 的吸附 。21213再生废液的处理再生时,在强酸环境下活性炭吸附的Cr (V I 被还原为Cr (III ,两次用015mol/L H 2S O 4浸泡活性炭的废液收集后用1mol/L 的Na OH 调整pH 值为615715,生成Cr (OH 3沉淀,过滤后Cr (OH 3污泥妥善保存,滤液用来配制下次再生用H 2S O 4溶液。水洗后产生的废液中Cr (III 浓度较低,也可用来配制H 2S O 4溶液供下次再生用。3结论(1活性炭对Cr (V

12、 I 的吸附与含Cr (V I 废水初始pH 值有关。pH 值过低,同时进行吸附和还原;适当的pH 值将使活性炭有效地吸附Cr (V I 而不发生还原。(2在微酸性条件下,活性炭对Cr (V I 的吸附等温线呈反S 型,表明吸附前段发生了Lang 2muir 吸附,而在吸附后段出现了多分子层吸附。(3活性炭吸附Cr (V I 后,再生容易,且再生后可达到较理想的吸附效果,能够重复使用。(4活性炭能有效地处理实验室含Cr (V I 废水。参考文献:1汪大翚,徐新华,宋爽1工业废水中专项污染物处理手册M ,北京:化学工业出版社,200012唐受印,戴友芝1水处理工程师手册M 1北京:化学工业出版社

13、,200013何余生,李忠,奚红霞,等1气固吸附等温线的研究进展J 1离子交换与吸附,2004,20(41Research on Adsorpti on of Cr (from l abora tory wa stewa teron acti va ted carbonL IDong,X I Xiao -jing(Depart m ent of Envir on mental and Che m ical Engineering of Luoyang I nstitute ofScience and Technol ogy,Luoyang Henan 471023China Abstract:

14、The ads or p ti on of Cr (fr o m laborat ory waste water on activated carbon was investigated by the meth 2ods of static ads or p ti on and dyna m ic ads or p ti on .The influences of the s oluti on pH,quantity of activated carbon were observed,and the treat m ent effect of dyna m ic ads or p ti on and regenerati on of activated carbon was assayed .The results revealed that activated carbon was a p r om ising s orbent