流化床制活性焦用于水处理的研究
摘要:利用流化床工艺制得了水处理用廉价活性焦，并对其进行了孔结构分析和水处理工艺实验，测定了吸附等温线和动力学曲线．水处理实验表明，流化床制廉价活性焦对造纸废水具有良好的处理效果.
关键词:活性焦，CODcr，吸附量，流化床，造纸废水
O 引 言
我国水资源短缺，人均占有量只有世界平均水平的1／4，随着经济的发展，水污染问题已经严重制约了经济的可持续发展，甚至威胁到人民群众的生命安全．活性炭由于其独特的孔结构和吸附性能，能有效地去除污水中大部分有机物和某些无机物，被广泛地应用于水质净化过程，成为城市污水和工业废水深度处理最有效的方法之一．但活性炭价格昂贵，目前市场价格为每吨数千元甚至上万元，加之一般污水排放量较大，水处理成本高，企业难以承受，阻碍了其应用．因此，开发低成本的污水处理技术是目前研究开发的重点．活性焦与活性炭相比，比表面积相对较小，但一般微孔发达，具有良好的吸附能力．成型活性焦已工业化规模用于烟气脱硫，但由于其制备过程繁杂(与活性炭类似)，价格高，其用于水处理的研究鲜有报道．一些研究单位也曾进行了廉价活性焦的研究，但均未见大规模工业化生产的报道．中国科学院山西煤炭化学研究所在其多年煤气化技术研发的基础上开发了流化床活性焦制备工艺，可以大规模清洁生产．其制备的活性焦用于烟气脱硫，表现了良好的脱硫性能．本文旨在对流化床制活性焦的水处理性能及工艺过程进行研究，为活性焦水处理的应用提供一定的基础．
1 实验部分
1．1流化床工艺制活性焦
将原煤(工业分析和元素分析见表1)破碎至0mm～6mm左右，在中国科学院山西煤化所灰熔聚流化床粉煤气化中试装置上，以空气／水蒸气为活化剂，在850 C～950℃的温度范围内下，停留时间为10 min～30 min左右，同时炭化活化制得活性焦(称为AC—A)．活性焦的孔结构特性见表2．
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1．2水处理实验装置与方法
实验所用的废水取自某造纸厂一级处理后的废水，分别用静态和动态实验来评价活性焦水处理性能． 评价指标为重铬酸钾法COD (GBl1914—89)．
1．2．1 静态吸附实验
在室温下，分别向5个250 mL的三角烧瓶中加入不同量的活性焦，然后向每个烧瓶中加入100 mL 原废水，再将各三角烧瓶分别放在搅拌器上搅拌2 h，后将各三角烧瓶中废水过滤，测定原废水和各滤液的CODcr ，计算不同活性焦用量下COD 的去除率．
在室温下，将一定量选定的活性焦加入 2 000 mL烧杯中，然后加入1 000 mL的原废水，将烧杯放在磁力搅拌器上搅拌，在搅拌的情况下，分别在0．50 h，0．75 h，1．00 h，I．50 h，1．83 h，2．00 h和 2．25 h时取烧杯中水样20 mL，将取出的水样过滤，测定原废水和各滤液的CODcr ，计算不同吸附时间下CoD 的去除率．
1．2．2 动态实验
实验工艺过程见图1，装置由一个原水储槽、一个流量计和三个串联的有机玻璃吸附柱组成，三个吸附柱后分别设有取样口．吸附柱内径2．6 cm，高 45．5 cm．实验时下部进水，上部出水，靠压差自流．
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2 结果与分析
2．1 活性焦用量对CODcr吸附效果的影响
控制活性焦用量分别为0．5 g，1．0 g，1．3 g， 1．5 g，2．5 g，3．0 g，振荡2 h，进行静态吸附，结果见图2．
由图2可知，随着活性焦用量的增加，造纸废水CODcr的去除率上升．活性焦用量为1．5 g时，CODcr去除率可达15 ．以后随着活性焦用量增加，CODcr去除率没有明显差异．说明活性焦吸附性能不仅与用量有关，还可能与活性焦的孔径大小和分布有关．废水中可溶性有机物分子量大小不一，活性焦的孔径分布与可溶性有机物的分子量大小相匹配，活性焦才具有高的吸附率和脱除效率．实验表明，当废水中与活性焦孔径相匹配的可溶性有机物被吸附后，即使再增加活性焦用量，废水中其他可溶性有机物的去处也不会有明显的效果．一般认为孔径为吸附物分子直径的2～3倍较合适．因此，处理一定量和一定浓度的造纸废水时，活性焦有一个最佳用量．本实验活性焦处理造纸废水活性焦的最佳用量为1．5 g活性焦／100 mL废水．
2．2 动态实验
如图1所示，实验中使用一个吸附柱，活性焦装 填量206．5 g，原水储槽中造纸废水的初始CODcr为 350．7 mg／L，调节污水流速，使污水在管中停留时间 达到2 h，测得出水体积和造纸废水CODcr去除率曲线 (见图8)．实验过程中，污水的浊度有明显的变化，由 浑浊变为无色透明，由此可见，活性焦对去除浊度有 一定的效果．由图8可知，随着滤出液体积的增大，造 纸废水的CODcr 去除率逐渐降低．当出水体积达到 l1 483．0 mL时，CODcr去除率急速下降，此时认为活 性焦已经吸附饱和，其饱和吸附容量为7．2 mg／g．实 验可得活性焦的最佳用量为18 kg活性焦／t废水．
3.结论
活性焦对造纸废水有较好的处理效果．工作饱和吸附容量为7.2mg／g．
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