活性炭預(yù)處理橡膠助劑加工廢水

　　橡膠加工業(yè)會(huì)產(chǎn)生的大量廢水排入水環(huán)境，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。橡膠助劑生產(chǎn)廢水的污染物來源主要是難降解的雜環(huán)雜鏈有機(jī)物，其分子量大、毒性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能穩(wěn)定，是橡膠加工業(yè)常用的硫化促進(jìn)劑。橡膠助劑廢水具有高鹽濃度和化學(xué)需氧量(COD)兩大典型特征。尤其是COD的濃度非常高，如果不進(jìn)行預(yù)處理，會(huì)嚴(yán)重影響生化池中的微生物。為了處理這種廢水，我們采用活性炭載鋁微電解工藝來進(jìn)行處理。這種該工藝對(duì)堿性廢水的處理效果優(yōu)于載鐵活性炭。當(dāng)活性炭催化劑浸入廢水中時(shí)，其表面會(huì)形成許多微型原電池，鋁和活性炭分別作為陽極和陰極。鋁失去三個(gè)電子生成Al3+，釋放的電子被陰極接受并轉(zhuǎn)移到氧氣或目標(biāo)污染物中，從而促進(jìn)還原反應(yīng)過程。

　　活性炭載鋁質(zhì)量比的影響

　　廢水的處理效率在很大程度上取決于操作參數(shù)。合適的操作條件對(duì)于使用活性炭微電解系統(tǒng)處理廢水至關(guān)重要。在活性炭載鋁微電解系統(tǒng)中，廢鋁和活性炭之間的接觸面積會(huì)顯著影響微觀原電池的數(shù)量。因此，活性炭載鋁質(zhì)量比是影響該工藝廢水處理效率的關(guān)鍵因素。活性炭用量對(duì)廢水處理效率的影響見圖1。正如觀察到的，COD和色度的去除效率隨著活性炭比例的降低而增加，表明較小的活性炭載鋁比例有助于促進(jìn)反應(yīng)過程。這主要是因?yàn)閰⑴c反應(yīng)的活性炭數(shù)量的增加會(huì)增加微觀原電池的數(shù)量，而微電池的數(shù)量會(huì)影響鋁腐蝕和Al3+的形成速率。然而，它們的去除效率在活性炭載鋁比例為1:3時(shí)幾乎保持不變。活性炭載鋁質(zhì)量比的進(jìn)一步降低幾乎不能帶來COD和色度去除的任何改善。1:3的活性炭載鋁的合適質(zhì)量比可以加速活化和Al(OH)3對(duì)有機(jī)污染物的吸附。因此，可以確定去除效率的提高是由鋁和活性炭之間增強(qiáng)的相互作用引起的。在活性炭載鋁混合物中適當(dāng)比例的活性炭確保了反應(yīng)中鋁和活性炭之間的充分接觸。

　　圖1：活性炭載鋁質(zhì)量比對(duì)(a)COD和(b)2小時(shí)色度去除的影響。

　　橡膠助劑加工廢水處理過程的反應(yīng)機(jī)理

　　根據(jù)實(shí)際工況，提出了一種可行的活性炭載鋁微電解工藝分解水生環(huán)境中有機(jī)污染物的反應(yīng)機(jī)理(圖2)。由于其高吸附容量和電導(dǎo)率，活性炭被用作陰極保護(hù)。在陽極(鋁廢料)，由鋁提供的電子通過微型原電池轉(zhuǎn)移到陰極(活性炭)，吸附在陰極表面的有機(jī)污染物受到這些釋放的電子的攻擊。水電離產(chǎn)生的H+在陰極獲得電子并產(chǎn)生具有強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)性的活性氫[H]或H2,和活性氫[H]·可以部分降解有機(jī)污染物。此外，Al失去三個(gè)電子形成鋁離子(Al3+)。然后，鋁離子沉淀形成氫氧化鋁(Al(OH)3、Al(OH)-4等)。作為有利的絮凝劑，這些氫氧化鋁可以有效去除廢水中的有機(jī)污染物。難降解污染物在活性炭載鋁微電解工藝的輔助下被分解為小分子中間體，也可以通過氫氧化鋁絮狀污泥的絮凝共沉淀來消除。換言之，與活性炭載鋁微電解工藝相關(guān)的許多協(xié)同效應(yīng)可以有效地分解水環(huán)境中的有機(jī)污染物。

　　圖2：活性炭載鋁微電解工藝分解有機(jī)污染物的建議反應(yīng)機(jī)理。

　　活性炭預(yù)處理橡膠助劑加工廢水，研究了活性炭載鋁微電解系統(tǒng)在水環(huán)境中處理橡膠添加劑加工廢水。首先，單因素實(shí)驗(yàn)用于評(píng)估COD和色度去除的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在合適條件下，COD去除效率的實(shí)驗(yàn)值高達(dá)52.9%幾乎相同。此外，還提出了活性炭載鋁微電解工藝在水生環(huán)境中分解有機(jī)污染物的合理反應(yīng)機(jī)理。活性氫[H]和氫氧化鋁的絮凝作用是去除COD和色度的主要原因。本次實(shí)驗(yàn)為未來通過微電解工藝處理橡膠添加劑廢水鋪平了道路。

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