蘭炭末吸附法在處理電脫鹽廢水中的應用研究

張曉虹

（寧夏寧東科技創業投資有限公司，寧夏銀川 750002）

近年來，隨著中國經濟社會的快速發展，環保成為化工生產高度關注的焦點問題[1]。電脫鹽廢水是一種來自石油電脫鹽工序產生的含鹽有機廢水，占煉油廠廢水的3%左右，具有水質差、成分復雜、色度低、COD 值高等特點[2-6]。目前，國內電脫鹽廢水采用重力分離、旋流分離、化學破乳、超聲波破乳等隔油預處理技術后[7-8]，石油類物質含量低于200 mg/L，COD 值低于1 000 mg/L時，直接排入廠區污水處理系統。但是傳統技術預處理后COD 值依然較高，平均達到3 000 mg/L 左右[9-11]，大大增加了后端污水處理系統的運行壓力，導致日常運行穩定性差、操作成本高等難題。

蘭炭末是一種高溫炭化的蘭炭廢料，具有較高的比表面積、吸附性能好、機械強度好、化學活性高、低灰、低硫等特點[12-13]。另外，蘭炭末來源廣泛，價格便宜，可作為一種工業廢水吸附劑廣泛使用[14-15]。本文選用粒徑大于15 mm 的蘭炭末作為電脫鹽廢水吸附劑，經過靜態吸附和動態吸附評價實驗、掃描電鏡（SEM）表征分析等，研究了蘭炭末對電脫鹽廢水吸附飽和時間、吸附效率和吸附裝置等。

1 實驗部分

1.1 實驗原料與儀器

振蕩器（SHZ-C 型）；電熱鼓風干燥箱（SL101FM-1型）；抽濾機（SHZ-Ⅲ型）；M 電熱套（KD 型）；電導率儀（DDS-11A 型）；分光光度計（722S 型）；pH 計（PHS-25型）；動態吸附模擬裝置（自制）；物理吸附儀（ASAP 2060 型）；SEM 掃描電子顯微鏡。

電脫鹽廢水（中國石油寧夏煉化公司，石油類物質含量1 050 mg/L，COD 值為13 000 mg/L）；高錳酸鉀（分析純）；蘭炭末樣品1#、2#（1# 為中大孔蘭炭末、2#為微孔蘭炭末，參數見表1，寧夏金圓化工有限公司）。

表1 蘭炭末性能參數

1.2 電脫鹽廢水吸附評價系統設計

動態吸附評價實驗方法：開啟電源，完成系統試漏檢查后，裝填蘭炭末至吸附柱內部，廢水箱加入電脫鹽廢水，打開開關閥，開啟整套評價裝置。設定流速，啟動污水泵，電脫鹽廢水經過油水分離器和兩級蘭炭末吸附柱，石油類物質分離后進入廢液箱6，吸附凈化后的廢水進入廢液箱12（圖1）。

圖1 蘭炭末電脫鹽廢水吸附評價系統示意圖

1.3 吸附劑預處理

為避免吸附劑顆粒過細造成吸流損和壓降，將蘭炭末1# 和2#樣品經60 目篩子篩分，取篩上部分作為廢液吸附劑開展電脫鹽廢水的靜態和動態吸附評價實驗。

1.4 靜態吸附評價實驗

1.4.1 吸附劑孔徑對吸附效果的影響 取蘭炭末1#和2#樣品各15 g，置于500 mL 錐形瓶中，分別加入100 mL 電脫鹽廢水。常溫下，在振蕩器中以150 r/min的振蕩速率振蕩2 h，測定COD 值。

1.4.2 吸附劑投加量對吸附效果的影響 選1.4.1 中最佳蘭炭末樣品，取5、10、15、20、25、30、35 g 蘭炭末置于500 mL 錐形瓶中，分別加入100 mL 電脫鹽廢水。常溫下，在振蕩器中以150 r/min 的振蕩速率振蕩2 h，測定COD 值。

1.4.3 分離因素和飽和吸附時間 分別取15 g 蘭炭末、100 mL 電脫鹽廢水放置7 個500 mL 錐形瓶內，在振蕩器中以150 r/min 的振蕩速率振蕩，每隔30 min取一個樣進行測試。

1.5 動態吸附評價實驗

1.5.1 吸附劑填裝量與廢液流量的關系 取120、150、200、300 g 的吸附劑分別填充于吸附柱中，在流速為0.6 L/h 的情況下穩定流動10 min，然后測定出口廢液的COD 值，并觀察填料上層廢液累積情況。

1.5.2 動態吸附評價實驗 選取吸附劑最佳填裝量填充至兩級吸附柱內部，調節廢液泵流量為0.6 L/h，啟動泵，常溫下每隔60 min 取樣一次進行COD 值測試。

2 結果與討論

2.1 靜態吸附結果

常溫下，不同孔徑的蘭炭末對電脫鹽廢水中有機物的去除影響見圖2～圖4。由圖2 可知，中大孔蘭炭末吸附劑對電脫鹽廢水的吸附效果較好，蘭炭末投加量越大，電脫鹽廢水COD 值降低越大。在蘭炭末的投加量為12 g、吸附2 h 后，可將電脫鹽廢水COD 值降低到1 000 mg/L 以下。由圖3 可知，吸附劑投加量一定時，廢水COD 值隨時間增大而降低。在投加量為20 g、吸附時間為3 h 時，達到蘭炭末耗竭點。由圖4 可知，在蘭炭末吸附廢水過程中，廢水電導率和pH 值都不隨吸附時間變化而變化。

圖2 投加量對電脫鹽廢水COD 值的影響

圖3 不同吸附時間對去除COD 值影響

圖4 吸附時間對電脫鹽廢水的pH 值和電導率的影響

2.2 動態吸附結果

蘭炭末與電脫鹽廢水質量比大于4∶1 時，常溫下穩定吸附10 min，填料層上端壓降正常無積液，可將COD 值由13 000 mg/L 左右降低至1 000 mg/L 以下（圖5）（固液比為吸附柱內投入蘭炭末的量與每小時通過廢水量的比值）。當吸附柱高徑比為4∶1 時，流速為0.6 L/h，常溫下，蘭炭末吸附6 h 達到耗竭點（蘭炭末穿透），8 h 內可以保持廢水COD 值在1 000 mg/L以下（圖6）。

圖5 固液比對COD 值的影響

圖6 吸附時間對COD 值的影響

2.3 表征與分析

對蘭炭末進行表征分析（圖7、圖8）。由圖7、圖8可知，1#中大孔蘭炭末在吸附飽和后，中大孔蘭炭末逐漸變為微孔孔隙結構的蘭炭末；1#中大孔蘭炭末在吸附飽和后，原有的中大孔大部分被所吸附有機組分堵塞，中大孔結構縮小明顯。

圖7 1#樣品吸附飽和前SEM 圖

圖8 1#樣品吸附飽和后SEM 圖

3 結論

（1）電脫鹽廢水中的大分子有機物較多，中大孔蘭炭末更有利于COD 值去除，但隨著吸附時間的延長，中大孔堵塞并逐漸向微孔過渡，吸附效率也隨著逐漸下降。

（2）粒徑15 mm 以上的中大孔蘭炭末，吸附塔填料高徑比4∶1，廢液流速為0.6 L/h 時，電脫鹽廢水中COD 值的去除率可達92.3%，最大吸附時間為10 h。

（3）蘭炭末處理電脫鹽廢水COD 值效果顯著，1 t蘭炭末可處理10 t 廢水，吸附后蘭炭末可作為鍋爐燃料使用，節能且無二次污染。