活性炭 - 微波辐射深度处理焦化废水-

1、收稿日期:2005205220.作者简介:曲晓萍(19722,女,硕士研究生;武汉,华中科技大学环境科学与工程学院(430074.活性炭2微波辐射深度处理焦化废水曲晓萍1吴晓辉1陆晓华1黄卫红1(1.华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074摘要:在活性炭存在条件下,采用微波辐射对焦化废水生化处理系统的外排水进行深度处理.考察活性炭用量、废水pH 值、微波辐射时间和微波功率对废水COD 去除率的影响.结果表明,采用3g 颗粒活性炭与50mL 焦化废水混合,在微波辐射功率为700W ,辐射处理6m in 的条件下,废水的COD 去除率达77%.动力学研究表明,该反应过程近似一级反应动力

2、学规律,反应速率常数为4.8×10-3s -1.关键词:微波;颗粒活性炭;焦化废水中图分类号:X 703.1文献标识码:A 文章编号:167227037(20050420079203焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的废水,其成分复杂多变,是一种典型的含难降解有机污染物的工业废水1.目前,国内主要采用生化法对焦化废水进行处理,处理后水的酚氰含量基本达标.但生化处理后的焦化废水色度高,含有大量难降解有机物质,其COD 不能达到国家规定的排放标准(COD 100m g L 2.在不改变主体生化法工艺的情况下,还需要对生化系统的外排水进行深度处理.活性炭和很多具有磁性的过

3、渡金属及其化合物对微波有很强的吸收能力,当微波辐射时,这些物质表面的金属点位能与微波发生强烈的相互作用而产生许多“热点”,这些“热点”的温度和能量要比其它部位高得多,故常被用作诱导化学反应的催化剂3.近年来,微波诱导催化技术在环境工程中得到了广泛应用4.利用活性炭-微波辐射技术在模拟单一成分废水处理方面的研究较多58,但对成分较复杂的实际工业废水研究较少.本文以经生化系统处理之后的焦化废水为研究对象,研究在活性炭存在下,利用微波辐射处理焦化废水的工艺技术.1实验1.1实验材料及仪器L G 微波炉,型号为W P 700(M S 22004T M S 22014T ,L G 电子(天津电器有限公司

4、制造;PH S 225型pH 计;SH Z 2 型循环水真空泵(真空实验所用焦化废水取自武汉某焦化厂生化处理系统的外排水,为避免悬浮物质的干扰并保证实验中样品的稳定性,在处理前用真空抽滤机对废水进行抽滤.水样COD 值为150200m g L ,pH 值为3称取一定量活化后的活性炭于100mL 烧杯中,加入50mL 焦化废水,微波辐射一定时间后取出,冷却至室温,补加蒸馏水至50mL 后,对水样进行过滤,以滤除水样中活性炭细小悬浮微末.用W T 21便携式COD 测试仪测定处理前后的COD ,计算COD 的去除率.2结果与讨论2.1活性炭用量对COD 去除率的影响在微波功率为700W ,辐射时间

5、4m in 的条件下,改变活性炭用量,考察其对废水处理效果的影响(图1.由图1可知,微波辐射处理焦化废水的COD 去除率随活性炭用量增加而增大,这一第22卷第4期2005年12月华中科技大学学报(城市科学版J.of HU ST.(U rban Science Editi on V o l .22N o.4D ec .2005方面是活性炭吸附的贡献,另一方面是因为随着活性炭量的增加使得在微波场中形成更多的“热点”,有利于污染物的去除.当活性炭量大于3g 时,COD 去除率增加缓慢.综合考虑,选取活性炭用量为3g 进行实验研究 .图1活性炭用量对COD 去除率的影响2.2pH 值对COD 去除率的

6、影响用N aOH 调节焦化废水的pH 值,考察pH值对焦化废水COD 去除效果的影响(图2.由图2可知,pH 值对焦化废水COD 的去除率影响不大,只是在酸性条件下要稍好于碱性条件,这是因为在酸性条件下有利于活性炭对有机物的吸附.因此不需要调节废水的pH 值,可直接进行微波辐射处理 .图2pH 值对COD 去除率的影响2.3微波辐射时间对COD 去除率的影响取3g 实验用活性炭,在微波辐射功率为700W 的条件下,考察微波辐射时间对焦化废水COD 去除率的影响(图3.由图3可知,随着辐射时间的增加,COD 去除率逐渐增大.辐射6m in ,废水的COD 去除率达77%,但在4m in 后,CO

7、D 去除率增加的趋势相对较为缓慢.综合考虑,选取4m in 的辐射处理时间进行实验研究 .图3微波辐射时间对COD 去除率的影响2.4微波功率对COD 去除率的影响在不同的微波辐射功率下,采用微波辐射处理4m in ,考察微波辐射功率对COD 去除率的影响(图4.由图4可知,微波辐射功率越高,COD去除效果越好,分析原因,可能是由于随着微波功率的提高,活性炭表面的“热点”数量相应增加,去除率随之提高 .图4微波功率对COD 去除率的影响2.5活性炭使用次数对COD 去除率的影响作为一种催化剂,活性炭的使用次数决定了其使用价值.在微波辐射功率为700W ,活性炭用量为3g ,微波辐射时间为4m

8、in 的条件下,连续数次使用同一活性炭,考察其使用次数对COD 去除率的影响(图5.由图5可知,活性炭连续使用5次,废水的COD 去除率仍然能保持在60%以上.但活性炭在连续使用过程中,废水COD 去除率呈下降趋势.分析原因,一方面可能是由于随着处理次数的增加,活性炭的催化活性有所下降,另一方面可能是由于活性炭在使用过程中部分燃烧而损失,质量下降所致 .图5活性炭使用次数对COD 去除率的影响2.6微波辐射处理焦化废水的反应动力学研究对微波辐射处理焦化废水的反应动力学过程.41s .图6活性炭-微波辐射反应动力学2.7微波辐射处理焦化废水的作用原理探讨研究比较在活性炭存在条件下微波辐射处理工艺

9、、活性炭吸附与单纯微波辐射工艺三者之间08华中科技大学学报(城市科学版2005年 的差异.由图7,8可知,单纯的微波辐射对焦化废水处理效果并不明显,在微波辐射功率为700W ,辐射6m in 的条件下,COD 去除率仅有5%.而活性炭-微波辐射处理对废水的COD 和TOC 的去除效果均明显优于单纯活性炭吸附的处理效果,这一结果从侧面证明了活性炭-微波辐射工艺的优越性,也说明微波辐射处理过程中,废水中的有机物不仅仅是通过活性炭吸附,更重要的是通过活性炭吸附-微波诱导催化的协同作用而得以去除.在微波场中,活性炭能有效地吸收微波能量,使得活性炭表面产生一些“热点”,这些“热点”的能量比其它部位高得多

10、,温度可达到1000以上9,当废水中的有机物被吸附到这些热点附近时就可能被催化氧化而被去除 .图7不同处理工艺之间COD 处理效果的对比 图8不同处理工艺之间TOC 处理效果的对比3结论与展望利用活性炭-微波辐射处理废水的技术改变了传统的废水处理方式,使废水处理方法变得更简易有效.该技术处理废水时间短,所需设备简单,结构紧凑,占地面积小,操作简单方便,实现了废水处理工程的小型分散化,尤其适应了目前企业的废水处理需求,显示了很大的潜力和优势.而且活性炭可以用微波辐射再生,大大降低成本,此方法在废水处理领域具有很好的应用前景.参考文献1陈慧,戴晖.GC M S 法分析焦化废水中微量有机污染物J .

11、环境科学与技术,2002,25(3:30231.2杨云龙,白晓平.焦化废水的处理技术与进展J .工业用水与废水,2001,32(3:8210.3王鹏.环境微波化学技术M .北京:化工出版社,2003.4Jones D A ,L elyveld T P ,M avrofidis S D ,et al .M icrow ave heating app licati on in environm ental engineering 2a review J .R esources ,Conservati on and R ecycling ,2002,34:75290.5姜思朋,王鹏,张国字,等.微波

12、诱导氧化法处理BF 2BR 染料废水J .中国给水排水,2004,20(4:13215.6张国宇,王鹏,姜思朋,等.微波诱导氧化处理雅格素红BF 23B 150%染料废水的研究J .环境科学,2004,25(增刊:52255.7陈孟林,农珍妮,何星存.微波-活性炭催化法处理亮绿溶液的研究J .科技进展,2003,17(10:31234.8王金成,薛大明,熊力,等.微波辐射处理活性艳蓝KN 2R 染料溶液的研究J .环境科学学报,2001,21(5:6282630.9张国宇,王鹏,姜思朋,等.微波辐射处理酯化废水的工艺技术研究J .给水排水,2004,30(8:61264.Advanced Tr

13、ea t m en t of Cok i ng W a stewa terby Activa ted Carbon -M icrowave Irrad i a tionQU X iao 2p ing 1W U X iao 2hu i 1L U X iao 2hua 1H UA N G W ei 2hong1(1.Schoo l of Envir .Sci .&Eng .,HU ST ,W uhan 430074,Ch ina Abstract :Cok ing w astew ater ,w h ich has been treated by b i ochem ical system

14、 ,is deep ly treated bym icrow ave irradiati on in the p resence of granu lar activated carbon (GA C .T he effective facto rs such as the m oun t of GA C ,w astew ater pH ,m icrow ave irradiati on pow er and acting ti m e on COD rem oval are studied .T he resu lts show ,fo r 50mL w astew ater ,under the conditi on that 3g GA C ,m icrow ave radian t in ten sity 700W and irradiati on ti m e 6m in ,77%of COD is rem oved from the studied w astew ater .T he research on k inetics suggests that the reacti on is a firs