污水處理技術中竹炭的應用探討

中國市政工程西南設計研究總院有限公司（四川 成都 610000）

【摘要】：我國的水體污染問題較嚴重，江河湖泊等的污染率已經達到了80.1%，污水處理問題是我國要解決的重要問題。本文主要介紹竹炭在污水處理中對水體中的有機物、重金屬離子等的吸附作用，說明了竹炭在污水處理中的重要作用，指出在污水處理中竹炭的應用問題。

【關鍵詞】：污水處理；竹炭；吸附；應用

0引言

我國地域廣闊，總體水資源充足，但大部分水體被嚴重污染，據統計，江河湖庫底質的污染率高達80.1%，污水處理問題是我國要解決的重要問題。吸附法是解決污水問題的重要方法，此種方法具有經濟、簡便、效率高等優點。竹炭是吸附法應用的重要材料，具有廣泛的應用。

1 竹炭在污水處理應用中的優勢

（1）竹類植物具有很強的生長能力，我國竹炭資源豐富，成本較低，同時機械強度較高；

（2）可以代替木質的活性炭，減少木材浪費，保護環境；同時有利于發展竹類等農業經濟，促進經濟發展；

（3）竹炭的材質較硬，具有多孔的結構，比表面積較大，具有很好的吸附性能，完全可以在污水處理中應用。

2 竹炭在吸附水中有機物方面的應用

水中重要的有害的有機污染物包括：苯胺化合物、酚類化合物、有機的鹵化物、硝基苯化物等，這些類污染物分部面積廣闊，數量巨大，會造成人體健康的重大危害，并且對生態環境造成重大破壞。竹炭在對水體中有機物的吸附方面具有很強的能力。

1.1對苯胺化合物的吸附作用

在酸性HAc-NaAc水體中，竹炭對苯胺化合物具有特別強的吸附能力，能很好的去掉水中的苯胺化合物，特別是在PH=5.9的環境下具有最強的吸附性能；在整個的吸附過程中，會釋放出一定的熱量；同時，對完成吸附過程的竹炭在一定濃度的硫酸中進行微波加熱處理，可以幫助竹炭完成吸附能力的修復，可以恢復到原吸附能力的97%。

1.2 對酚類化合物的吸附作用：

（1）竹炭比面積較大，具有很好的吸附性能的主要原因在于竹炭的細胞壁微孔，可以通過摻氮氧化鈦溶膠對竹炭進行改性，在竹炭的表面布滿氧化鈦顆粒，可以明顯的提升竹炭的光催化性能；

（2）研究表明，在30℃的情況下，竹炭對苯酚的吸收速度隨著溶液中苯酚濃度的增多和竹炭顆粒直徑的減小而提升；同時，活性竹炭在吸收苯酚溶液的過程中，最主要的速度控制方式為顆粒內擴散；

（3）在吸附性和抗菌作用方面，載銀活性炭具有很好的性能而得到廣泛的應用。它除了對有機物和部分的無機物具有很好的吸附作用外，還可以很好的防止細菌的生長及繁殖。在PH=2.2的環境下載銀活性炭具有最強的吸附性能，可以吸收水中90%的苯酚化合物；

（4）可通過堿性溶液浸泡+微波加熱的方法加強竹炭對苯酚的吸附能力，同時可以采用微波的方式修復吸附苯酚后的竹炭，在水中竹炭吸附能力可以恢復到90%，在堿性溶液中吸附能力可以恢復到96%。

（5）在工業廢水中具有大量的硝基苯酚毒性物質，其很難進行分解，對環境造成重大污染。可以通過硝酸進行竹炭改性，可以提高竹炭的比表面積，增強其吸附能力。改性的竹炭對硝基苯酚的吸收是吸熱的過程，隨著溫度的增加其吸收能力增強。

2 竹炭在吸附重金屬離子方面的應用

水中的重金屬離子主要包括：貢、鎘、鉛、鉻、砷、銅、鋅等，對水的質量產生嚴重影響，進而產生對人體的損害。通過竹炭可以很好的吸附水中的重金屬離子，保證水體安全。

2.1 對貢的吸收

水中的汞離子可以危害人身功能基團的活性，阻止細胞的正常新陳代謝，最終會導致細胞的壞死，人身健康受到較大損害。研究表明，竹炭對水中的汞離子具有較強的吸附能力，可以吸附99.5%的汞離子；在PH=3.2—6.2范圍內的溶液中竹炭對汞離子的吸附能力也較強，特別是在PH=5.9的溶液中吸附能力最強。但在較高溫度的溶液中，竹炭對汞離子的吸附能力較弱。通過水+微波加熱的方式可以修復吸附后的竹炭的能力，修復后吸附能力可以達到原來的97%以上。

2.2 對鎘的吸收

鎘這種元素可以在人體中進行長期的累積，鎘中毒時患者會出現神經痛、骨痛等現象，在病重后期，患者會出現骨骼軟化、骨質疏松、四肢彎曲、疼痛難忍等現象。研究表明，竹炭可以有效的吸收溶液中的鎘離子，其吸附量是隨著時間的延長成上升趨勢的，14個小時左右達到滿負荷的狀態。不同溫度具有不同的吸附能力，溫度分別為15、25、45℃時的最大吸附量分別為0.81、1.05、2.01mg/g。在PH=3.0—6.5范圍內的溶液中竹炭對鎘離子的吸附能力也較強，特別是在PH=5.7的溶液中吸附能力最強。通過水+微波加熱的方式可以修復吸附后的竹炭的能力，修復后吸附能力可以達到原來的93%以上。

2.3 對鉛的吸收

在我們的生活中，蓄電池、冶煉、電鍍等內容都可能造成鉛污染，鉛污染主要會造成神經性能失調、腎損傷、貧血癥等癥狀，特別是對于免疫力較低的群體更是作用明顯。研究發現，竹炭對二價鉛離子具有較強的吸附能力，并且竹炭的顆粒直徑越小，對鉛離子的吸附能力就越強。竹炭顆粒直徑在0.05mm時對鉛離子的吸附能力達到99.76%。竹炭對鉛的最佳吸附條件為：溶液PH=6—7，溫度為25℃，吸附維持時間為4小時，竹炭的用量為100mg/L。

2.4 對鉻的吸收

在我們的生活中，金屬加工、電鍍、制革等行業都可能造成鉻污染，鉻是以三種形態存在于環境當中的，分別為二價鉻、三價鉻、六價鉻，其中六價鉻對人體的危害最大。研究發現，竹炭對六價鉻離子具有較強的吸附能力，并且竹炭的顆粒直徑越小，對鉻離子的吸附能力就越強，吸附能力達到90%以上。特別是在酸性環境下，竹炭對鉻離子具有更好的吸附作用。

2.4 對砷的吸收

在我們的生活中，采礦、冶金、農藥化肥、皮革等行業都可能造成砷污染，其中三價砷是毒性最強的污染物，例如砒霜，學名為三氧化二砷，具有極強的毒性。研究發現，竹炭能夠很好的吸收溶液中的三價砷離子，吸收能力可以達到75%以上，在PH=3—12.5的溶液中，竹炭都可以很好的吸收砷離子。但初始溶液中，砷離子質量濃度越高，竹炭對其吸收能力越弱，在180分鐘左右可以達到吸收的飽和。在酸、堿性溶液中的可以達到最佳能力的溫度分別為30、40℃。

2.5 對銅吸收

銅在人體中是以微量元素的形式存在的，不可或缺。但在人體中含有過多的此種元素則會引起中毒的現象。相關的實驗為：濃度為1mg/L的銅離子溶液，用量50ml，其中加入1g的竹炭，對銅離子的吸收能力達到了96.49%。研究表明，竹炭的顆粒直徑越小，對銅離子的吸附能力就越強；初始溶液中，銅離子質量濃度越高，竹炭對其吸收能力越弱；竹炭可以快速的吸收溶液中的銅離子，主要的吸附行為發生在30分鐘之內，2小時就可以達到飽和的程度，最好的吸收溫度為30℃，最好的溶液PH=3.8，不同溫度具有不同的吸附能力，溫度分別為15、25、45℃時的最大吸附量分別為4.13、4.45、4.23mg/g。竹炭對溶液中的金屬離子吸附能力與活性炭較為接近，是很好的金屬離子吸收劑。

2.5 對鋅吸收

與銅一樣，鋅也是人體中不可缺少的微量元素，但要保持適當的含量，否則同樣會發生中毒的現象。研究表明，竹炭在PH=3.2—6.2的溶液中對鋅離子的吸收能力較強，特別是在PH=5.3的溶液中達到對鋅離子的最佳吸附性能。竹炭對鋅離子的吸附過程是放熱的過程，即隨著溫度的增高，吸附的能力將降低。通過水+微波加熱的方式可以修復吸附后的竹炭的能力，修復后吸附能力可以達到原來的97%以上。

綜上所述，由于竹炭可以很好的吸收水中的汞、鎘、鉛、鉻、砷、銅、鋅等元素，并且通過一定的技術處理可以重復利用，同時竹炭具有成本低的優點，可以很好的應用在污水處理中。

3 結束語

在污水處理技術中，降低并消除水中的有害物質是首要的也是最重要的任務。由于竹炭具有成本低、來源廣泛、強度高、吸收能力強等優勢已被人們廣泛重視，可以在功能上很好的替代價格昂貴的活性炭，在污水處理領域具有廣闊的發展前景。

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作者簡介：陸大偉，1985年3月生，目前是中級職稱，主要從事市政給排水設計。

劉曦，1987 年1月生，目前是助理工程師，主要從事市政給排水工設計。