活性炭固定床對苯酚廢水的動態吸附分析

摘要：活性炭在苯酚廢水中起到吸附的作用，采用活性炭固定床動態吸收苯酚廢水中的污染物質，凈化廢水后再排放。活性炭固定床具有高效的吸附作用，其根據廢水中苯酚的含量、流量調節動態吸附的速率，提高苯酚廢水動態吸收的效率，體現活性炭固定床的有效作用。本文主要探討活性炭固定床在苯酚廢水中動態吸收的效果。

關鍵詞：活性炭；固定床；苯酚廢水；動態吸附

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）03-0129-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.074

Abstract： Activated carbon plays an adsorption role in phenol wastewater. The fixed bed of activated carbon is used to dynamically absorb the pollutants in the phenol wastewater and purify the wastewater before it is discharged. The activated carbon fixed bed has an efficient adsorption effect. According to the content of phenol in the wastewater， the flow rate can adjust the dynamic adsorption rate and improve the dynamic absorption efficiency of the phenol wastewater， which shows the effective function of the activated carbon fixed bed. This article mainly discusses the effect of activated carbon fixed bed dynamic absorption in phenol wastewater.

Key words： Activated carbon； Fixed bed； Phenol wastewater； Dynamic adsorption

苯酚是廢水中的主要污染物，尤其是塑料生產、農藥使用等方面，苯酚廢水的排放源比較多，屬于重點監測與治理的污染物。苯酚對生物體的破壞性非常大，苯酚廢水排放時應該采用活性炭固定床進行動態吸附，去除廢水中的苯酚物質后安全排放廢水，降低廢水對環境的污染，保護好自然環境。

1 活性炭固定床對苯酚廢水的吸附與凈化分析

苯酚廢水的危害性較大，常見于化工廠、制藥廠、塑料廠等產業中，苯酚是酚類物質中的主要污染物，不能忽視其對自然環境的影響。苯酚容易引起生物體衰竭，嚴重時還會出現死亡的問題[1]。活性炭固定床在苯酚廢水上有著吸附和凈化的作用，解決了苯酚廢水的危害問題，活性炭吸附是苯酚廢水凈化中的重要方法，利用活性炭固定床提高苯酚廢水的凈化水平，現階段活性炭固定床是苯酚廢水動態吸附的有效方法，而且達到了成熟的工藝標準。活性炭固定床通過動態吸附的方法凈化了苯酚廢水中的多種污染物，確保苯酚廢水可以達到排放的標準，同時有利于提高苯酚廢水的回收和利用。

2 活性炭固定床在苯酚廢水中的動態吸附試驗

（1）試驗準備。試驗中準備好活性炭，要求活性炭的比表面積是998.4㎡/g，亞甲基藍是279mg/g，碘值是788mg/g。苯酚，該試驗中專門使用超純水與苯酚融合，配置出苯酚溶液。活性炭固定床動態吸附的試驗中需要準備好恒流泵，可以選擇型號是HL-2B的恒流泵，動態吸附時使用的是玻璃材質的吸附柱，玻璃柱。（2）試驗過程。試驗的基本結構為：正常的室溫環境中，先把棉網墊在玻璃吸附柱的下部，盡量選擇大孔徑的棉網；接下來把苯酚吸附柱固定到鐵架子臺中，吸附柱內放入適量的活性炭，同時吸附柱的底部和恒流泵連接起來，使用橡膠管連接兩者即可。苯酚水會在虹吸條件下按照自下而上的順序流動，試驗中為了模擬活性炭固定床的動態吸附條件，需要調節苯酚溶液的速率。根據活性炭固定床對苯酚廢水的動態吸附條件，設計好研究試驗的內容。按照苯酚廢水的實際情況調配苯酚溶液，用來代替苯酚廢水，試驗中檢測水中苯酚物質的含量，在此基礎上繪制動態吸附的相關曲線，以原水為參考，標記苯酚含量是10%、90%的吸附時間。試驗中測量出初始的進水流量、苯酚含量、活性炭固定床的模擬高度，研究3項參數對動態吸附的影響[2]。初始進水流量是4.82mL/min，此時固定床高度的數值是12cm，試驗研究中苯酚溶液配置了3種質量濃度，分別是：100mg/L、150mg/L、200mg/L，用于研究進水流量在不同苯酚溶液質量濃度下的固定床高度。試驗中設置苯酚溶液質量濃度是150mg/L，固定床高度設置成12cm，保持兩種參數不變，改變苯酚融合到活性炭固定床的進水體積流量，改為3.31、4.82、6.47mL/min，當測定固定床的高度數據時，記錄下苯酚溶液的質量濃度與進水時的體積流量。試驗中采用規定的測定方法分析活性炭固定床對苯酚廢水動態吸附的影響。針對試驗研究過程構建研究動態吸附的數學模型，模型要和試驗匹配，數學模型中模擬試驗的過程，致力于獲取活性炭固定床對苯酚廢水動態吸附的試驗數據。本文以穿透模型為例，分析動態吸附的試驗過程[3]。穿透模型中提供了假設的條件，其可參考試驗研究的實際內容實行假設，模型中得出活性炭固定床對苯酚廢水動態吸附作用下，吸附速率和活性炭穿透時的關系，實際吸附速率下降概率，與穿透概率及吸附概率成正比例的變化關系，穿透模型促使數學計算簡單化，利用如下公式獲取動態吸附的參數：

ln[ρ/ρ（ρ0-ρ）]=kYN（t-t0.5）

上述公式中，ρ0、ρ表示初始進水的質量濃度、出水苯酚的質量濃度；kYN是吸附速率常數，t、t0.5表示吸附時間、出水質量濃度達到進水苯酚的50%時消耗的時間[4]。該穿透模型中的數學計算專門分析吸附傳質速率，模型中表明了吸附常數越大，穿透模型的曲線斜率就會越大。試驗中還研究了無效厚度理論，無效厚度是指活性炭固定床動態吸附苯酚廢水的過程中，動態吸附處于透過點位置，此時固定床吸附苯酚的床層厚度不達標，固定床動態吸附達到完全吸附的能力狀態，實際并沒有完全吸附匹配的苯酚質量濃度。無效厚度理論（LUB）的表達公式如下：

LUB=L-Ltb/t*

公式中，L是固定床床層的長度，tb表示穿透時間，t*是0.5時位置的操作時間。

3 活性炭固定床在苯酚廢水中的動態吸附結果

根據活性炭固定床在苯酚廢水中的動態吸附研究，從進水苯酚含量、固定床高度、進水流量3個方面，分析動態吸附的影響結果，如下：

3.1 進水苯酚

以下圖1為參考，分析進水苯酚中活性炭固定床動態吸附的結果，初始階段，進水泵分的含量增加時，穿透時間的曲線有明顯的左移現象，也就是說苯酚含量會對活性炭固定床的飽和速率產生一定程度的影響，苯酚溶液的含量變大，固定床動態吸附的驅動力也會變大，活性炭吸附了大量的苯酚物質，固定床內活性炭與苯酚物質的質量增加，帶動向前傳動的速度。

3.2 固定床高度

固定床的高度增加后，廢水中的苯酚與活性炭的接觸時間會變長，增加了活性炭動態吸附苯酚的量，穿透點會向右側移動，活性炭固定床上的填料高度增加后，苯酚在固定床上的停留時間會增加，促進活性炭動態吸附苯酚，有效提高了固定床的吸附能力，保障動態吸附的效果。

3.3 進水流量

苯酚廢水溶液的進水流量加快后，穿透點偏左，說明進水流量越大，廢水中的苯酚物質與活性炭固定床的接觸時間減小，固定床會在短時間內趨向于飽和，提前了穿透的時間點。高流速下的活性炭固定床動態吸附的效果不如低流速的條件。綜上所述，活性炭固定床動態吸附廢水中苯酚物質時，受到進水流量、固定床高度、進水流量因素的影響，調節好各項參數才能保障活性炭固定床動態吸附的效果，凈化苯酚廢水。

4 結束語

活性炭固定床在苯酚廢水中的動態吸附，凈化了廢水資源，解決了苯酚廢水的環境污染問題。活性炭固定床的動態吸附方式決定了苯酚廢水的凈化效果，采用試驗研究的方法，規劃好活性炭固定床的具體應用，滿足苯酚廢水的凈化需求，最主要的是優化活性炭固定床在苯酚廢水中的動態吸附作用。

參考文獻

[1]李夢紅，劉愛菊，安久濤，牛曉音，孟慶梅.活性炭固定床對苯酚廢水的動態吸附研究[J/OL].水處理技術，2017，（11）：80-84.

[2]武曉娜.超重力吸附法處理含酚廢水探索性研究[D].太原：中北大學，2016.

[3]邵琰.含酚廢水在結構化固定床上的吸附動力學[D].廣州：華南理工大學，2013.

[4]王韜，李鑫鋼，杜啟云.含酚廢水治理技術研究進展[J].化工進展，2008，27（2）：231-235.

收稿日期：2018-01-05

作者簡介：李文俊（1986-），男，本科，中級工程師，研究方向為環保工程。