活性炭和次氯酸鈉協同在處理廢水過程中的應用

董瑞國，李劍波，宋彥哲，唐恒建，李天涯，劉勇*

(1. 國家橡膠助劑工程技術研究中心，山東 陽谷 252300；2.北京化工大學材料科學與工程學院，北京 100029)

0 引言

活性炭是木炭的另外一種形式，因為具有較大的比表面積以及較好的吸附能力而得到了廣泛的應用[1-2]，其中活性炭在水過濾以及水處理方面應用最多。在生產活性炭時，加熱是獲得活性炭最直接的方式，通過加熱能夠將炭中氣體排出從而產生較多的孔。活性炭在放大鏡下呈現出褶皺的形態，由于這些褶皺，使其具有較大的比表面積，從而在吸附領域得到了廣泛的應用[3-5]。在醫學領域，活性炭能夠用來治療因中毒引起的疾病，其原理為活性炭能在毒素到達腸道前對毒素進行吸附，減少人體吸附毒素的幾率[6-7]。活性炭除了在廢水處理以及醫學方面的應用外，在食品行業、化學領域也都有很廣泛的應用。

活性炭的吸附主要以物理吸附為主，雖然具有良好的吸附能力，但是，當吸附的物質達到飽和后需要重新活化才能再次使用，其操作繁瑣而且費用比較貴[8-9]。次氯酸鈉也是處理廢水的重要材料之一，主要以化學氧化為主，但是，次氯酸鈉易分解揮發，造成有效氯利用率低，浪費嚴重[10-12]。為了解決活性炭和次氯酸鈉的上述缺點，本文提出將活性炭和次氯酸鈉協同使用，來降低次氯酸鈉有效成分的揮發，同時使活性炭在吸附次氯酸鈉后還能提高活性。

1 實驗材料和儀器

滴定臺、JK-25型恒溫加熱器、次氯酸鈉滴加裝置、增力電動攪拌器、燒杯、碘量瓶、移液管、塑料容器(30 L、5 L各一個)均采用常規儀器。

活性炭(河南鞏儀宇清凈水材料有限公司提供樣品)、次氯酸鈉溶液(山東陽谷華泰化工股份有限公司提供樣品，有效氯的含量為14%～15%)、重鉻酸鉀(優級純)、硫酸汞、硫酸亞鐵胺、硫酸銀、硫酸亞鐵、濃硫酸、鄰菲羅林均為分析純，采購自北京國藥集團、實驗室用水為一次蒸餾水，污水水樣來源于山東某公司污水車間，化學需氧量(chemical oxygen demand，COD)值按GB 11914—1989檢測。

2 實驗方案

本研究采用如下實驗方案：(1)單用活性炭作為吸附劑來考察其對廢水中有機物的吸附效果。(2)單加次氯酸鈉溶液(按污水體積的2‰比例加入)考察其對廢水中有機物的氧化作用效果。(3)投加次氯酸鈉溶液的基礎上再考察活性炭對廢水中有機物的吸附效果，從而確定二者之間是否具有協同作用。

操作具體如下：污水實驗水樣用濃硫酸調節其pH=5～6，用增力電動攪拌器做為混合裝置，水的流速為60 mL/min，取樣間隔時間為1 h。然后對COD值變化情況進行測量統計。

3 結果討論

3.1 單獨用活性炭時COD值變化情況

表1為在不同時間間隔內取樣后測得的COD值，通過表1可以看出，當間隔時間為5 h時，COD的值最小為659 mg/L，隨著時間的增加COD值逐漸增大。說明活性炭在間隔時間為5 h內具有良好的吸附作用，當大于5 h后活性炭的吸附能力下降，使得在去除廢水中的可氧化廢料時需要的氧量增加。通過表1我們還可以看出，相鄰間隔時間段的COD差值在3 h左右時最大。說明在單獨使用活性炭作為吸附劑時，在短時間達到良好去除廢水中有機物的時間為3 h。

表1 單獨使用活性炭時COD值

3.2 單獨使用次氯酸鈉對COD值的影響

表2為單獨使用次氯酸鈉時不同間隔時間下的COD值，通過表2可以看出，當間隔取樣時間為4 h時COD的值最小，其數值為766 mg/L，說明在間隔取樣時間為4 h時能夠獲得最佳的效果。從表2中我們還可以看到，當間斷取樣時間為2 h時的COD差值最大為449 mg/L，能夠得出當單獨使用次氯酸鈉來處理廢水時效率最高為2 h。

表2 單獨使用次氯酸鈉時COD值

3.3 活性炭與次氯酸鈉協同使用對COD的影響

表3為活性炭和次氯酸鈉協同使用時，對COD值以及對間隔時間COD差值的影響。通過表3可以看出，兩者協同使用時，廢水中COD值顯著降低，與使用單一處理劑相比，能夠實現更好的水處理效果。說明采用活性炭以及次氯酸鈉兩者協同能夠實現更好的水處理能力。

表3 活性炭和次氯酸鈉協同使用對COD值的影響

3.4 最佳pH值的確定

次氯酸和次氯酸根離子的標準電極電位如下：

由此可見，HOCl比OCl-氧化能力要強的多，因此，氯氧化法在酸性溶液中較為有利。溶液的pH值影響到溶質的存在狀態，也影響到吸附劑表面電荷特性和化學特性，進而影響到吸附效果。所以，要想獲得理想的處理效果，需要選擇最佳的pH值，具體實驗操作如下：固定次氯酸鈉溶液的投加量為2‰，其他操作條件同上，測得不同pH值條件下COD的去除率，相關數據如表4所示。

從表4中COD值變化趨勢可知，在pH值為5時，COD值有最高點，說明pH值在5時系統有最佳處理效果，考慮到國家對污水的排放指標(GB 8978—1996)要求，我們選擇pH=6為最佳操作條件。

表4 不同pH下COD的去除率

3.5 次氯酸鈉溶液最佳投加量的確定

一般來說，去除污水中的有機污染物的量是隨著次氯酸鈉的投加量的增加而增大，但從污水處理的經濟性角度考慮，需要尋找一個最佳次氯酸鈉溶液的投加量。具體實驗操作如下：改變氯酸鈉溶液的投加量，其他操作條件同上，測得COD值和相關數據如表5所示。從表5中的COD值的變化趨勢來分析，次氯酸鈉溶液投加量在2‰時COD值有最小值，說明次氯酸鈉溶液最佳投加量為2‰，另外，次氯酸鈉溶液投加量超過2.5‰時COD值不降低反而升高，說明次氯酸鈉溶液并不是投加的越多效果就會越好。

表5 改變次氯酸鈉溶液的投加量COD值的情況

4 結語

實驗表明，活性炭與次氯酸鈉在污水處理中具有良好的協同作用，其最佳操作條件為：pH值為5、次氯酸鈉溶液最佳投加量為2‰。兩者在污水處理中結合使用是一種比較好的污水處理方法，值得推廣。