吸附材料處理工業廢水的實踐研究

匡重祿

（中山市保美環境科技開發有限公司，廣東 中山 528400）

在諸多的環保問題中，水體污染已經成為最嚴重的問題。工業生產不僅消耗大量的水資源，還會產生含有各種重金屬的廢水，所以會對自然環境和人們的健康造成一定的危害。工業廢水應用傳統處理工藝進行深度處理時效果不佳，而活性炭的綜合性能良好，本文就采用活性炭作為吸附材料處理工業廢水為內容，進行相關實踐研究。

1 吸附材料的成分和機理

1.1 吸附材料的成分

處理廢水的吸附材料中活性炭應用最多。全球每年會生產70萬噸的活性炭，按形狀分類包括粉狀、粒狀和纖維活性炭等，其中大約55%左右用于廢水處理。制作活性炭的原材料包括煤、木材、瀝青、果殼和農業廢棄物等。盡管活性炭可以吸附工業廢水中的大多數重金屬、生物分子和有機物，但活性炭的造價高，在應用上有一定的局限性，相關部門正在研究、開發造價低、性能高的新型吸附材料。

1.2 吸附反應機理

活性炭吸附的過程是利用其多孔的固體表面，對污水、有機物或有毒物質進行吸附凈化。實驗結果顯示，針對分子量在50～100范圍內的有機物，活性炭的吸附能力最強，其吸附機理表現在兩個方面[1]。第一，利用空隙結構的獨特優勢。活性炭的內部具備發達的孔隙結構、表面積較大、擁有超強的吸附能力。活性炭內部的微孔很多，如果將1 g活性炭的微孔展開表面積可達900～1 600 m2。第二，利用分子之間的相互作用力。盡管溫度和材質等因素會影響分子運動速度，但分子運動始終在微環境下進行[1]。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器

容量為1 L的燒杯、容量為150 mL的燒杯若干、25 mm×200 mm的試管、60 mm的漏斗、精確度為0.1 g的托盤天平、50 mL量筒、1 mL容積的玻璃容器、100 mL的比色管以及9 cm的定性濾紙。

2.2 甲基橙的測定

2.2.1 繪制標準曲線

甲基橙溶液的配置要有一定的濃度梯度，吸光度的測定可利用紫外可見分光光度計[2]。擬合求得的標準曲線，其方程為：y=24.851x-0.0876，R2=0.9999。方程式中溶液中甲基橙的濃度設定為x，465 nm位置的吸光度設定為y。基于此，測定甲基橙濃度的方式為：溶液在465 nm波長處的吸光度值可利用分光光度計進行測量，然后溶液中甲基橙濃度的計算可根據線性回歸方程來完成。

2.2.2 測定脫色率

將活性炭加入到一定體積濃度的甲基橙模擬廢水中，在相符合的試驗條件下，充分攪拌后進行過濾，然后將濾液取出，利用分光光度計測量吸光度，計算脫色率。

上式中A0為溶液在吸附前的吸光度；A為溶液在吸附后的吸光度。

2.3 甲基橙主要實驗參數的確定

2.3.1 吸附材料的粒徑選擇

基于現有的實驗條件，選擇了大顆粒和小顆粒兩種粒徑的活性炭，分別為25 g，放置到兩個小燒杯中，然后在每個燒杯中各注入甲基橙10 mg/L，放在攪拌器上攪拌30 min，之后靜止沉淀，利用過濾器進行過濾，最后提取兩個樣品的濾液進行吸光度的測量，在這之前要首先測出甲基橙的吸光度值。

2.3.2 吸附材料用量的選擇

在確定活性炭的粒徑后，在粒徑規格下依次調試活性炭的用量，在50 mL濃度為4.0 g/L的重金屬銅離子廢水中，分別加入活性炭1 g、2 g、4 g、6 g和8 g，進行30 min的震蕩吸附，隨后注入20 mL濃度為10 mg/L甲基溶液,然后在攪拌器上進行30 min的攪拌，靜止沉淀。最后向四個燒杯中分別加入20 mL濃度為10 mg/L甲基橙，最后在攪拌器上分別攪拌20 min、30 min和40 min，靜止沉淀待用[2]。

2.3.3 吸附時間的選擇

在濃度為4 g/L的50 ml重金屬離子廢水中加6 g活性炭，振蕩吸附后，在不同時間段取樣，分別為10 min、30 min、60 min、90 min和120 min。

2.3.4 廢水濃度的選擇

確定活性炭最佳用量和最佳吸附時間后，進一步研究廢水濃度對脫色率的影響，分別在5個試管內倒入濃度為1 g/L、2 g/L、4 g/L、6 g/L和8 g/L的廢水，進行吸附實驗，完成吸附后進行過濾，對濾液的色度進行測試，計算其色度的去除率。

3 結果及討論

3.1 吸附材料用量對廢水脫色率影響的分析

在5 mL濃度為4.0 g/L的重金屬銅離子廢水中，分別加入活性炭1 g、2 g、4 g、6 g和8 g，進行30 min的震蕩吸附，提取上清液實施比色分析，進行色度測量，分別計算脫色率，并分析吸附材料用量對吸附效果的影響，選擇出最佳吸附材料的用量，詳細結果見圖1。

從圖1不難看出，銅離子廢水的脫色率會隨著活性炭用量的增加而不斷地升高，活性炭從1 g增加到4 g時，色度的去除率從18%提升到35%，從4 g增加到6 g時，色度的去除率呈現緩慢增加的態勢，基本保持在35%～40%左右的去除率。由此，對成本和吸附效果要進行綜合考慮，活性炭吸附廢水時的最佳用量應該為6 g。

圖1 吸附材料用量對脫色率的影響

3.2 吸附時間對銅離子廢水脫色率的影響

在濃度為4.0 g/L的50 mL重金屬銅離子廢水中加6 g活性炭，進行振蕩吸附后進行不同時間段的取樣，分別為10 min、30 min、60 min、90 min和120 min[3]。提取上清液實施比色分析，并分別對脫色率進行計算，分析吸附時間對吸附效果的的影響，以選擇最佳的吸附時間。試驗數據顯示，隨著吸附時間的增加，重金屬離子廢水的脫色率也在升高，脫色率增加最快的是10～30 min時間段，在30～90 min的時間段脫色率的增加速度變緩，當吸附時間增加到90 min，可以達到76%以上的廢水脫色率，但速度的增加更慢，然后，無論怎樣增加吸附時間，脫色率的變化都不大，基本穩定在76%～78%之間。所以，可以考慮90 min為最佳的吸附時間。

3.3 吸附材料粒徑對吸光度的影響

甲基橙溶液在吸附前的吸光度為1.191時，大顆粒活性炭組的數值是0.136；小顆粒活性炭組數值為0.027。以此為依據進行活性炭脫色率的計算，結果大顆粒脫色率為87.8%，小顆粒脫色率為96.9%。所以，活性炭吸附可以選擇小顆粒。

3.4 廢水濃度對脫色率的影響程度

在50 mL濃度為1 g/L、2 g/L、4 g/L、6 g/L和8 g/L的工業廢水中，分別加入6 g活性炭，進行90 min的吸附沉淀，然后過濾取上清液進行比色分析，分別計算脫色率，分析廢水濃度對吸附效果的影響，選擇出最佳的吸附廢水濃度。實驗數據顯示，工業廢水的脫色率會隨著廢水濃度的升高而不斷增加，脫色率增加速度最快的為濃度為1～4 g/L時，而當濃度上升到4～8 g/L時，脫色率增加的速度明顯放緩，并且數據顯示，在濃度為4 g/L時脫色率已達70%以上，之后無論怎樣增加廢水濃度，脫色率都穩定在70%以上。所以，基于成本因素的考量，可以選擇4 g/L為最佳濃度。

4 結論

綜上所述，該實驗重點研究了廢水處理中吸附材料用量、廢水濃度、吸附時間等因素，對重金屬離子吸附脫色效果影響的數據。吸附試驗結果表明，活性炭對含有重金屬的工業廢水吸附處理效果極佳，脫色效果明顯，具有很高的應用價值。吸附材料不僅對去臭、去色有良好的效果，對合成洗滌劑吸附能力也極佳，同時去除廢水中有機物的能力也極強。