活性炭吸附處理實(shí)驗(yàn)室含 Cr(VI)廢水的研究

李 冬,席曉晶

(洛陽(yáng)理工學(xué)院環(huán)境工程與化學(xué)系,河南洛陽(yáng) 471023)

活性炭吸附處理實(shí)驗(yàn)室含 Cr(VI)廢水的研究

李 冬,席曉晶

(洛陽(yáng)理工學(xué)院環(huán)境工程與化學(xué)系,河南洛陽(yáng) 471023)

采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn),探討了溶液pH值、活性炭用量對(duì)Cr(V I)吸附的影響以及活性炭動(dòng)態(tài)吸附含 Cr(V I)廢水的效果及活性炭的再生。結(jié)果表明,利用活性炭處理實(shí)驗(yàn)室含 Cr(V I)廢水,具有處理效果好、再生容易等特點(diǎn)。

活性炭;pH;吸附;含 Cr(V I)廢水;研究

含鉻廢水被公認(rèn)為是危害環(huán)境最嚴(yán)重的公害之一,總鉻和六價(jià)鉻被《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)指定為第一類污染物,規(guī)定了總鉻的最高允許排放濃度為 1.5mg/L,六價(jià)鉻的最高允許排放濃度為 0.5mg/L。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室也產(chǎn)生少量的含鉻廢水,如分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)“重鉻酸鉀法測(cè)定鐵礦石中鐵的含量”、“六價(jià)鉻的分光光度法測(cè)定”等。實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生兩種含鉻廢水,一種含 Cr(III),一種含 Cr(V I),兩種廢水分別進(jìn)行收集。含 Cr(III)廢水可直接采用化學(xué)沉淀法處理,而含 Cr(V I)廢水常用的方法有化學(xué)還原沉淀法、鋇鹽沉淀法、吸附法[1]等。其中化學(xué)還原沉淀法、鋇鹽沉淀法消耗化學(xué)藥品較多,處理成本高;而吸附法在使用的吸附劑吸附達(dá)到飽和后,可以進(jìn)行脫附再生,重復(fù)使用,從而降低處理成本,減少?gòu)U渣排放,同時(shí)回收吸附質(zhì)。故本研究采用活性炭來處理實(shí)驗(yàn)室含 Cr(V I)廢水。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器設(shè)備

101-3型干燥箱,SHZ-82型水浴恒溫振蕩器,UV-9100型紫外可見分光光度計(jì),pHs-25A型 pH計(jì)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)藥品

實(shí)驗(yàn)用活性炭為分析純粒狀活性炭,初始粒度1.0～2.0mm,活性炭經(jīng)研磨,過 100目篩后于200℃下活化 30min,冷卻后置于干燥器內(nèi)備用。

1.3 吸附實(shí)驗(yàn)

1.3.1 含鉻 (V I)廢水

含鉻 (V I)廢水取自化學(xué)實(shí)驗(yàn)室,廢水中只含有 Cr(V I),即初始狀態(tài)下,Cr(V I)濃度等于總鉻濃度。用稀 H2SO4和NaOH溶液調(diào)整 pH值。1.3.2 吸附實(shí)驗(yàn)

靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn):稱取一定量過篩后的活性炭加入到一定容積的含 Cr(V I)廢水中,振蕩吸附一段時(shí)間后過濾,然后用二苯碳酰二肼比色法測(cè)定吸附前后溶液中 Cr(V I)的濃度,計(jì)算其去除率。總鉻測(cè)定采用高錳酸鉀氧化 -二苯碳酰二肼比色法。

動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn):稱取一定量的粒狀活性炭裝柱,讓含 Cr(V I)廢水從上而下流過活性炭,定量采樣,測(cè)定 Cr(V I)和總鉻的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 靜態(tài)吸附

2.1.1 pH的影響

分別將 0.20g活性炭加入到 100ml含 Cr(V I)廢水中,在 303K恒溫的條件下振蕩吸附 24h,在不同 pH值時(shí) Cr(V I)及總鉻的去除率及吸附前后pH值的變化見表 1。

表 1 pH值對(duì)活性炭吸附鉻的影響

由表 1可知,在 pH值較高時(shí) (pH值 ＞3.41),Cr(V I)和總鉻的去除率基本一致,對(duì) Cr(V I)的去除主要以吸附為主,幾乎不發(fā)生還原作用,吸附后溶液中鉻以 Cr(V I)的形式存在,吸附去除率隨著 pH值的升高而下降,吸附后溶液pH值均接近于中性,說明在吸附過程中要消耗H+;在 pH值較低時(shí) Cr(V I)和總鉻的去除率相差較大,吸附和對(duì) Cr(V I)的還原同時(shí)進(jìn)行,pH值越低,還原作用越強(qiáng),吸附后溶液中 Cr(V I)和 Cr(III)同時(shí)存在,吸附后溶液的 pH值仍較低,溶液呈酸性。

為了探討活性炭對(duì) Cr(V I)的吸附,后續(xù)實(shí)驗(yàn)含 Cr(V I)廢水采用較高的 pH值。

2.1.2 用量的影響

稱取不同質(zhì)量的活性炭,在 303K恒溫條件下對(duì) 50ml含鉻廢水進(jìn)行吸附,振蕩 24h,使吸附達(dá)到平衡,然后測(cè)定去除率。不同用量下 Cr(V I)的去除率見表 2。含 Cr(V I)廢水 Cr(V I)濃度為 92.893mg/L,pH為 3.52。

表 2 用量對(duì)活性炭吸附鉻的影響

將表 2實(shí)驗(yàn)所得平衡濃度 c(mg/L)和平衡吸附量 q(mg/g)作等溫吸附線,如圖 1所示。

吸附等溫線形狀呈反 S型。將圖 1中前 4個(gè)數(shù)據(jù)用 Langmuir等溫吸附方程擬合,結(jié)果為:

吸附數(shù)據(jù)很好地符合 Langmuir等溫吸附方程,表明在吸附的前段 Cr(V I)在活性炭上的吸附屬單分子層吸附 (化學(xué)吸附)[2]。而在吸附的后段隨著平衡濃度的增大,吸附量也隨著增大,表明出現(xiàn)了多分子層吸附[3]。圖線中的拐點(diǎn)表明單分子層吸附到多分子層吸附的轉(zhuǎn)變。

2.2 動(dòng)態(tài)吸附

2.2.1 動(dòng)態(tài)吸附

采用了 4種不同的吸附柱來進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附,含Cr(V I)廢水 Cr(V I)濃度為 70.323mg/L,pH為 3.78。每柱共處理 2.0L廢水,第 1d處理 1.0L廢水,第 2d再處理 1.0L廢水。吸附柱參數(shù)如下:

柱 1,內(nèi)徑 d=18mm,裝入 20g活性炭,炭層厚 h=17cm,出水流量 3ml/min;

柱 2,內(nèi)徑 d=15mm,裝入 20g活性炭,炭層厚 h=25.5cm,出水流量 3ml/min;

柱 3,內(nèi)徑 d=10.5mm,裝入 20g活性炭,炭層厚 h=51cm,出水流量 1.5ml/min;

柱 4,內(nèi)徑 d=15mm,裝入 40g活性炭,炭層厚 h=51cm,出水流量 3ml/min。

由圖 2可知,在裝炭量一定的情況下,隨著柱子內(nèi)徑的縮小,炭層厚度的增加,其到達(dá)穿透點(diǎn)(六價(jià)鉻濃度為 0.5mg/L)時(shí)處理的水量越多,柱1為 200ml,柱 2為 400ml,柱 3為 800ml;在炭層厚度一定時(shí),裝炭量越大,到達(dá)穿透點(diǎn)時(shí)處理的水量越多,柱 3為 800ml,柱 4為 1400ml;在第 1d處理完畢后,第 2d再處理廢水時(shí),最初的出水濃度有所下降,可能是在停止吸附期間內(nèi),吸附在表面的吸附質(zhì)向活性炭?jī)?nèi)部擴(kuò)散導(dǎo)致了表面孔隙恢復(fù)。

2.2.2 活性炭再生

對(duì)吸附了 Cr(V I)的柱 1進(jìn)行再生實(shí)驗(yàn)。將吸附柱底部閥門關(guān)閉,用 0.5mol/L的 H2SO4加入到吸附柱中,對(duì)活性炭進(jìn)行再生,浸泡 24h后打開閥門將溶液放出。操作兩次,然后用水洗至出水呈中性,即為再生。將再生后的活性炭進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附,吸附曲線見圖 3。含 Cr(V I)廢水 Cr(V I)濃度為 70.323mg/L,pH為 3.78。

由圖 3可知,再生后柱 1到達(dá)穿透點(diǎn)時(shí)處理的水量增加了,為 1800ml,與圖 2中的柱 1相比,吸附能力大大增強(qiáng)了。原因應(yīng)該是在再生過程中,活性炭吸附了再生液 H2SO4中的 H+,然后在后續(xù)的吸附過程中,吸附的 H+不停地參與到活性炭對(duì)Cr(V I)的吸附中,從而保證吸附在適當(dāng)?shù)?pH值下進(jìn)行,吸附能力增加。故在吸附前若將活性炭預(yù)先酸化處理,將有利于對(duì) Cr(V I)的吸附。

2.2.3 再生廢液的處理

再生時(shí),在強(qiáng)酸環(huán)境下活性炭吸附的 Cr(V I)被還原為 Cr(III),兩次用 0.5mol/L H2SO4浸泡活性炭的廢液收集后用 1mol/L的 NaOH調(diào)整 pH值為 6.5～7.5,生成 Cr(OH)3沉淀,過濾后 Cr(OH)3污泥妥善保存,濾液用來配制下次再生用H2SO4溶液。水洗后產(chǎn)生的廢液中 Cr(III)濃度較低,也可用來配制 H2SO4溶液供下次再生用。

3 結(jié)論

(1)活性炭對(duì) Cr(V I)的吸附與含 Cr(V I)廢水初始 pH值有關(guān)。pH值過低,同時(shí)進(jìn)行吸附和還原;適當(dāng)?shù)?pH值將使活性炭有效地吸附 Cr(V I)而不發(fā)生還原。

(2)在微酸性條件下,活性炭對(duì) Cr(V I)的吸附等溫線呈反 S型,表明吸附前段發(fā)生了 Langmuir吸附,而在吸附后段出現(xiàn)了多分子層吸附。

(3)活性炭吸附 Cr(V I)后,再生容易,且再生后可達(dá)到較理想的吸附效果,能夠重復(fù)使用。

(4)活性炭能有效地處理實(shí)驗(yàn)室含 Cr(V I)廢水。

[1]汪大翚,徐新華,宋爽 .工業(yè)廢水中專項(xiàng)污染物處理手冊(cè)[M],北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

[2]唐受印,戴友芝 .水處理工程師手冊(cè) [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

[3]何余生,李忠,奚紅霞,等 .氣固吸附等溫線的研究進(jìn)展[J].離子交換與吸附,2004,20(4).

Research on Adsorption of Cr(Ⅵ)from laboratory wastewater on activated carbon

LI Dong,XI Xiao-jing
(Department of Environmental and Chemical Engineering of Luoyang Institute of Science and Technology,Luoyang Henan 471023 China)

The adsorption of Cr(Ⅵ)from laboratory waste water on activated carbon was investigated by the methods of static adsorption and dynamic adsorption.The influences of the solution pH,quantity of activated carbon were observed,and the treatment effect of dynamic adsorption and regeneration of activated carbon was assayed.The results revealed that activated carbon was a promising sorbent for the removal of Cr(Ⅵ)from laboratory wastewater,and its Regeneration procedure is simple and efficient.

activated carbon;pH;adsorption;Wastewater containing Cr(Ⅵ);research

X703

A

1673-9655(2010)02-0053-03

2009-10-26