活性炭混凝吸附去除焦化廢水中的有機(jī)物

　　焦化廢水是焦化廠在煤焦化、煤氣凈化、副產(chǎn)品回收等過(guò)程中產(chǎn)生的典型工業(yè)廢水。它是一種典型的含有多種難降解化合物的有機(jī)廢水。生物方法通常用于處理焦化廢水，因?yàn)樗鼈兏咝�且�?jīng)濟(jì)。然而，焦化廢水二次生化出水的COD值一般在150mg/L以上，殘留有幾種難降解有機(jī)物，如芳烴、長(zhǎng)鏈烷烴、苯系烴和多環(huán)芳烴。混凝吸附可有效去除生物處理焦化廢水中殘留的有機(jī)物，廉價(jià)高效的吸附劑有利于該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。在本研究中，采用活性炭以混凝作為預(yù)處理工藝處理焦化廢水中的有機(jī)物。

　　混凝吸附處理

　　凝固實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。聚合氯化鋁(10g/L)用作凝結(jié)劑。最初以250r/秒的速度混合200mL焦化廢水30秒。加入混凝劑后，系統(tǒng)以200r/秒的速度再混合90秒。然后，將速度降低到40r/秒，持續(xù)30分鐘。最后，讓混合物靜置30分鐘，并用注射器在溶液表面以下約2cm處提取上清液樣品以進(jìn)行進(jìn)一步分析。混凝預(yù)處理后，在室溫下用20mL焦化廢水進(jìn)行吸附，pH值在7-8之間，振動(dòng)速度為200rpm/秒。然后，將溶液通過(guò)0.45μm纖維素膜過(guò)濾器過(guò)濾以供進(jìn)一步分析。

　　混凝結(jié)合活性炭吸附去除親水和疏水成分

　　焦化廢水中的溶解有機(jī)物分為三個(gè)不同的組分：親水部分、轉(zhuǎn)親部分和疏水部分。在原廢水中，疏水部分是主要成分，占COD的76.69%(圖1)。轉(zhuǎn)親部分所占比例最小，僅占COD的4.38%。混凝和活性炭吸附后，混凝和活性炭吸附對(duì)有機(jī)組分的去除率排序?yàn)槭杷�部�?77.31%)>親水部分(18.52%)>轉(zhuǎn)親部分(2.32%)，而混凝和活性炭吸附的去除率依次為疏水部分(75.68%)>轉(zhuǎn)親部分(44.66%)>親水部分(21.15%)。碳質(zhì)材料通常表現(xiàn)出很強(qiáng)的疏水性，因此本研究中使用的兩種吸附劑對(duì)疏水部分的親和力大于對(duì)親水部分和轉(zhuǎn)親部分的親和力。本研究中吸附劑對(duì)疏水部分的去除效率高于其他對(duì)焦化廢水的研究。盡管活性炭對(duì)轉(zhuǎn)親部分的去除效率較低，但由于轉(zhuǎn)親部分在原廢水中所占比例很小，因此活性炭實(shí)現(xiàn)了有效的COD去除(圖1a)。

　　圖1：(a)焦化廢水中溶解有機(jī)物組合的比例(b、c)混凝和活性炭處理后溶解有機(jī)物組合的比例(d)混凝聯(lián)合活性炭處理對(duì)溶解有機(jī)物組合的去除效率。

　　有機(jī)物去除特性的熒光區(qū)域積分(FRI)分析

　　在原廢水和混凝廢水的EEM光譜中檢測(cè)到三個(gè)主要的熒光峰(I、II、III)，如圖2所示。Ex/Em的中心波長(zhǎng)約為220/295nm、230/355nm和280/355nm，分別對(duì)應(yīng)于類(lèi)酪氨酸、類(lèi)色氨酸和可溶性微生物副產(chǎn)物。在兩種活性炭處理后，流出物中不存在三個(gè)主要熒光峰(圖2c、d)。

　　圖2：(a)原廢水、(b)混凝流出物、(c)活性炭吸附流出物和(d)第二種活性炭吸附流出物的EEM光譜。

　　活性炭的可重用性

　　為了評(píng)估活性炭的可重復(fù)使用性，對(duì)活性炭進(jìn)行了吸附-解吸實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)四個(gè)吸附-解吸循環(huán)后，活性炭吸附對(duì)焦化廢水中COD的吸附效率僅降低了約10%(圖3)，表明活性炭具有良好的可重復(fù)使用性。此外，使用NaOH作為再生劑的方法具有成本效益高的優(yōu)點(diǎn)。總之，這些表明本研究中生產(chǎn)的活性炭在實(shí)際廢水處理中具有巨大的應(yīng)用潛力。

　　圖3：活性炭的吸附-解吸性能。

　　活性炭混凝吸附去除焦化廢水中的有機(jī)物，對(duì)吸附劑進(jìn)行了表征，并系統(tǒng)地研究了它們對(duì)有機(jī)物的去除特性。焦化廢水經(jīng)過(guò)混凝和活性炭吸附后，有機(jī)污染物得到有效去除，出水COD低于排放限值。與對(duì)照吸附劑相比，活性炭在COD去除方面表現(xiàn)出相似的性能，吸附速度更快，并且對(duì)焦化廢水中的主要有機(jī)成分疏水性有機(jī)物(77.31%)的去除效果更高。分析結(jié)果表明，活性炭對(duì)疏水性類(lèi)色氨酸物質(zhì)的去除效率最高(分別為98.78%和98.55%)，對(duì)復(fù)雜有機(jī)化合物和有色物質(zhì)也有較好的去除效果。

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