堿液與超聲波聯用再生活性炭技術中堿液種類和濃度對再生和利用率的影響

2015-12-22 01:49:48趙英杰聶海泊

安徽農業科學 2015年13期

楊唐，趙英杰，杜姍，聶海泊，張偉，李璞

(1.青島理工大學環境與市政工程學院，山東青島266033;2.中國海洋大學環境科學與工程學院，山東青島266033)

近年來，利用活性炭吸附進行水污染控制和環境保護的廣度和深度不斷延伸，尤其在去除有機物［1］、余氯［2］、重金屬［3］、硫［4］、偶氮［5］等污染物和處理垃圾滲濾液［6］、焦化廢水［7］、印染廢水［8］、河流原水［9］、生活污水等方面應用廣泛;也有研究采用聯用技術進行處理，如臭氧與活性炭聯用［9］、活性炭與膜聯用［10］、微波協同活性炭［5］等。

通過活性炭再生不僅可以重復利用節約資源，而且能有效地減少因飽和活性炭排放造成的二次污染。其中，再生技術有物理、化學、生物等，物理方法包括熱再生［11］、微波加熱處理［12］、超聲波［13］、萃取等，化學方法包括堿液再生［13］、電化學［13］等。該研究利用椰殼類活性炭分別對青島市某污水處理廠二級出水和人工配制的與二級出水有機物濃度相同的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液在相同條件下進行飽和吸附，采用不同濃度不同種類的堿液與超聲波聯用多次再生活性炭，考察堿液與超聲波聯用再生活性炭過程中堿液種類和濃度對再生效率的影響以及不同水質條件對堿液與超聲波聯用再生活性炭技術再生效率的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器該研究中的用水為青島市某污水處理廠二級出水，水質組分復雜，其中COD、TP、TN、氨氮、硝氮、磷酸鹽等常規控制指標的排放均滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準GB18918－2002》一級B標準。另外，人工配制與二級出水有機物濃度相同(以COD計)的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液。

應用的儀器主要有堿式滴定管、超聲波清洗器、COD消解器等。在該研究中采用的指示劑為0.1%的亞甲基藍乙醇溶液和0.1%的中性紅乙醇溶液所配制的混合指示劑。

1.2 試驗方法

(1)進行3組對比試驗。分別將20 g椰殼類活性炭放入3個燒杯中，加入過量的一定濃度的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液(控制其有機物濃度與實際試驗用二級出水相同)，用玻璃棒攪拌促進吸附至飽和，測定此時COD濃度，計算平衡吸附量。

(2)將飽和的活性炭與鄰苯二甲酸氫鉀混合液經定性濾紙過濾后，將活性炭倒入燒杯(有適量超純水)中，并滴入0.1%的亞甲基藍乙醇溶液和0.1%的中性紅乙醇溶液所配制的混合指示劑。將燒杯隔水放入超聲波清洗器，開啟超聲波處理的同時，3組對比試驗分別采用0.8 mol/L(以OH－計)的NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2標準溶液通過堿式滴定管進行滴定，溶液由紫藍色變為綠色時，視為到達反應終點，計算消耗堿液的體積。

(3)分別將再生后的活性炭用超純水清洗3次，過濾、烘干后進行稱重，計算碳的損失率，并重新進行飽和吸附，測定TOC濃度，計算平衡吸附量。

(4)重復步驟(2)、(3)5次，測定每次吸附再生后堿液種類對再生效率的影響。

(5)將3種堿液的濃度(以 OH－計)分別換為0.4、0.8、1.2 mol/L，重復上述試驗測定多次吸附再生后堿液濃度對再生效率的影響。

實際污水組分復雜，活性炭除吸附有機物外，對余氯、絡合重金屬、典型藻致溴味物質等其他污染物也有一定的吸附。為了對比考察單一鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液和實際污水再生活性炭過程中堿液種類和濃度對再生效率的影響，將鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液更換為過量經定性濾紙過濾后的二級出水進行上述試驗。

2 結果與分析

利用活性炭吸附二級出水中污染物至飽和，而后采用堿液與超聲波聯用技術進行再生，循環5次飽和再生過程，計算在不同堿液濃度(以OH－計)條件下，不同種類的堿液再生活性炭的用量和碳的損失率，結果如圖1所示。由圖1可知，在同一堿液濃度(以OH－計)下，處理再生相同的飽和活性炭，不同種類的堿液用量大小依次為 Ca(OH)2、Mg(OH)2、NaOH，隨著堿液濃度的升高，在該試驗條件下任一種類的堿液用量減小;不同種類的堿液對于碳的損失大小順序為NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2，隨著堿液濃度的升高，在該試驗條件下任一種類的堿液對碳損失增加。隨著再生次數的增加，堿液的消耗量下降，碳的損失量增加，但相對第一次再生后，其后再生時碳的損失量的增加幅度較小。

同時，通過人工配制與二級出水有機物濃度(以COD計)相同的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液，進行與二級出水相同條件下的飽和再生試驗，計算在不同堿液濃度(以OH－計)條件下，比較不同種類的堿液再生活性炭的用量和碳的損失率，考察單一污染物的人工配水堿液與超聲波聯用再生活性炭技術中堿液種類和濃度對再生和利用率的影響，結果如圖2所示。

由圖2可知，對于人工配制的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液，隨堿液濃度的增加，相同條件下處理飽和的活性炭，堿液消耗量均減小，碳損失量增加。相同條件下處理飽和的活性炭，NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2使用量依次增加，碳損失量依次減小。對比二級出水和鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液，在相同試驗條件下控制相同的有機物濃度，發現人工配制的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液堿液消耗量低于二級出水，人工配制的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液碳損失量高于二級出水。說明在二級出水中除有機物外，活性炭上吸附的其他污染物的存在在一定程度上也會增加堿液的消耗，同時在一定程度上在活性炭再生時減小碳的損失。