活性炭吸附在工業廢水處理中的應用

楊娜 葉樹強 周朝勇

摘 要：文章以活性炭吸附工藝在工業廢水處理中的應用為對象展開探究，首先對活性炭的吸附機理及其應用優點展開分析，隨后從含有廢水凈化、染料廢水凈化、重金屬廢水凈化三個角度對其具體應用展開敘述，并從活性炭組合工藝的發展現狀進行分析，以期能夠對活性炭吸附工藝在工業廢水治理研究中的進一步發展提供一定的借鑒與參考。

關鍵詞：活性炭吸附法；工業廢水；原理；應用

中圖分類號：X131，2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）06-0049-02

近些年，伴隨我國經濟實力的不斷增長和工業化腳步的不斷增速，因工業生產而產生的大量工業廢水則成為了威脅生態環境安全的重要源頭之一。工業廢水中富含有各類重金屬離子、有機化合物等物質且部分具有強烈毒性，一旦未經處理而流入環境便會造成難以挽回的破壞。有鑒于此，加強對工業廢水處理技術的深入研究刻不容緩，而活性炭吸附法作為一種有效的工業廢水處理技術理當受到社會的重視，并對其具體應用展開深入分析。

1 活性炭吸附機理分析

活性炭吸附技術是通過對活性炭表面所獨有的吸附功效對工業廢水中的某種或多種有害物質進行吸附清除從而達到廢水凈化效果的目的。究其本質而言，活性炭的吸附功能主要源于兩個方面：

①是因為活性炭的內部分子處于各向受力均等的情況，而其表面分子則處于各向受力不均的情況，從而使得其他物質分子極易在力的作用下吸附于活性炭表面，這一過程為物理吸附；

②是因為活性炭容易同吸附物間發生化學反應，從而達到吸附凈化的效果，這一過程為化學吸附。活性炭的吸附功效就是上文所述兩種吸附過程的綜合產物。

當活性炭在溶液中的吸附效率同解析效率同步時（單位時間內活性炭對溶液中物質的吸附數量等同于解析數量）被吸附物質在活性炭表面及溶液中的含量便會處于動態平衡之中，這就是活性炭吸附平衡點，此時被吸附物在溶液中的濃度便是平衡濃度，我們以q代表活性炭吸附能力，則其表達式：

q=V（CO-C）/M

式中：q代表活性炭吸附量（一單位活性炭可吸附的雜志質量），g/g；

V代表待凈化廢水總量，L；

C0、C分別代表凈化前后水體中的雜質質量濃度，g/L；

M代表廢液中加入的活性炭總量，g。

而在溫度恒定的條件下，活性炭的吸附量q同凈化后水體中雜志質量濃度C的關系曲線被稱之為吸附等溫線，對于廢水處理行業而言，一般選用費蘭德利希吸附等溫線代表活性炭吸附功能的大小，其表達式：

q=K·C1/n

式中：K代表同活性炭表面積、溫度等相關的系數；

N代表同溫度相關的常數。

2 活性炭吸附法優點分析

活性炭作為具備多孔隙、大表面積、高吸附量、高穩定性等諸多特點的一種高效吸附劑，具備下述優點。

2.1 可獨自使用

使用時無需添加其他絮凝劑或氧化劑等化學試劑，可直接通過自身的微孔特性進行吸附凈化作業。

2.2 制作成本低廉且使用方法簡便

活性炭的制作僅需通過木材、煤炭等即可獲得，相較而言成本低廉同時使用時無需其他操作，只需投入廢液中即可，操作工藝簡單便捷。

2.3 吸附效果優良

活性炭獨有的大表面積、多孔隙特征，使得其具有良好的吸附效果，特別是對種金屬離子等分子雜質的吸附效果尤為顯著。

2.4 不易造成二次污染

活性炭吸附過程以物理吸附為主，吸附出的難降解雜志等可直接同活性炭進行一體填埋，從而避免再次溶入水體形成二次污染。

2.5 可重復利用

經過廢水凈化作業的活性炭能夠通過化學溶液再生法、熱再生法、電化學法、生物再生法等諸多途徑實現回收使用。

3 活性炭吸附法的具體應用

3.1 在含油廢水凈化中的應用

在工業廢水中含油污水不僅產量巨大且涉及行業眾多，譬如石油開采與提煉、油品的運、交通航運、機械制造、食品加工等，在其生產作業過程中均會不同程度的產生各類含油污水，進而對生態環境特別是水資源環境造成嚴重破壞。

活性炭作為一種親油性材質，能夠對工業廢水中的分散油、溶解油、乳化油等進行有效吸附，但通常情況下活性炭對油的吸附容量較為有限（介于30～70 mg/g），加之活性炭吸油后難以實現二次利用，這使得其在含油廢水凈化中的應用成本較高，因此在含油廢水的凈化處理中活性炭通常僅僅作為最后一級處理，即用以對廢液中微量污染物的清除，從而實現深度凈化的目標。

一般而言，經過活性炭吸附處理后廢水中的油類物質的含量可達0.1～0.2 mg/L以下。

3.2 在染料廢水凈化中的應用

伴隨現代化紡織工業的不斷發展，印染行業也獲得長遠進步。據不完全統計顯示，全球印染行業約有近2萬t染料會直接進入水體中以廢水的形式排入自然環境中。這些染料不僅組分復雜且色度深、濃度高，使得處理極為繁瑣，較為常見的處理手段有氧化、絮凝、膜分離、吸附、降解等，其中活性炭吸附處理作為研究較為深入的一種，應用極為廣泛，主要用于對工業廢水匯總COD及色度的清除，且在使用中多是將活性炭作為催化劑載體同其他工藝綜合應用。此外，在染料廢水的凈化處理中，其脫色率同溫度存在正比關系，而同酸堿度無關，因此合適的溫度選擇尤為重要。

一般而言，以最近吸附條件凈化處理后的染料廢水其脫色率可達98%左右，出水的色度稀釋倍數近50倍，COD質量含量小于50 mg/L，滿足我國工業廢水一級排放標準。

3.3 在含汞、鉻廢水凈化中的應用

3.3.1 含汞廢水處理

在眾多金屬污染物中，金屬汞的毒性最強，其一旦進入人體便會對人體各類蛋白質的功能造成嚴重損壞，從而危機人體健康。活性炭雖對金屬汞離子及其化合物具備一定的吸附能力，但相對有限，多用于低含汞量廢水的凈化處理中或是高濃度含汞廢液多層處理的最后一層。

3.3.2 含鉻廢水的處理

近年來隨著電子行業的飛速進步，電鍍行業隨之崛起，而其生產中產生的大量含鉻廢水亦對環境造成嚴重危害。根據有關調查，金屬鉻離子不僅毒性強大且極易在各類動植物體內集聚，進而由生物鏈匯入人體，對人體呼吸道及內臟造成嚴重傷害。而活性炭表面由于含有數量眾多的含氧基團，譬如—COOH、—OH等，這些含氧基團的靜電吸附功能對金屬鉻離子具有強大的化學吸附效果。

試驗表明，含鉻廢水含鉻量為50 mg/L、吸附用時1.5 h、酸堿度=3時通過活性炭吸附處理的含鉻廢水凈化效果最佳。加之，活性炭處理含鉻廢水操作簡便、成本低廉、吸附效果穩定等諸多優點，目前已被廣泛應用于各行各業。

4 活性炭吸附組合工藝發展

在實際應用中，為更好的提升對工業廢水的凈化效果，還可將活性炭同其他工藝進行綜合利用，從而構成活性炭吸附組合技術，其中較為常見的幾種如下所述。

4.1 活性炭同臭氧的組合工藝

臭氧所具有的強氧化性，對水體有著良好的殺菌效果，不僅可對活性炭的凈化進行有效補充，而且臭氧還可將大分子有機物分解，使其變為小分子形態，從而更加便于活性炭吸附，實現對活性炭吸附功效的提升。通過兩者的組合使用，工業廢水的凈化效果可大幅提升。

4.2 生物活性炭組合工藝

生物膜凈化工藝是一種常用于水體有機物清理的手段，通過人工手段讓生物膜在活性炭內部生長，進而構成一個以活性炭充當骨架的生物膜系統，如此一來不僅能夠大幅增加生物膜同有機污染物的接觸時間，還能更好的發揮活性炭的吸附功效，從而實現“1+1>2”的功效，提升工業廢水的凈化效果。

4.3 活性炭電解法

電解法常被用于水體雜質的降解凈化，但受到電極接觸面積的局限，其對廢水的凈化效果相對有限且能耗偏大，而活性炭自身則擁有優良的導電性能，以活性炭代替傳統電極，能夠充分利用活性炭表面積大、吸附性好的特點，提升電解效率。根據相關測試顯示，選用活性炭充當電極的電解水處理工藝電流利用效率大幅提升，已成為當前的研究熱點之一。

5 結 語

總而言之，活性炭吸附作為一種高效、清潔的廢水凈化手段，隨著社會經濟的進一步發展，其應用范圍亦將進一步擴大完善。但其作為一種較新的技術手段，無論在理論研究還是實際應用中均存在一定不足，特別是生產制造工藝的欠缺，使得其供應量亦相對緊張。面對這些問題，政府及專家學者均應投入積極相關工作的探究中，不斷研發全新的活性炭制造及應用工藝，從而更好的發揮其凈化效果，推動工業廢水凈化效果的進一步提升與完善。

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