活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭混凝吸附去除焦化廢水中的有機物

　　焦化廢水是焦化廠在煤焦化、煤氣凈化、副產品回收等過程中產生的典型工業廢水。它是一種典型的含有多種難降解化合物的有機廢水。生物方法通常用于處理焦化廢水，因為它們高效且經濟。然而，焦化廢水二次生化出水的COD值一般在150mg/L以上，殘留有幾種難降解有機物，如芳烴、長鏈烷烴、苯系烴和多環芳烴。混凝吸附可有效去除生物處理焦化廢水中殘留的有機物，廉價高效的吸附劑有利于該技術的廣泛應用。在本研究中，采用活性炭以混凝作為預處理工藝處理焦化廢水中的有機物。

　　混凝吸附處理

　　凝固實驗在室溫下進行。聚合氯化鋁(10g/L)用作凝結劑。最初以250r/秒的速度混合200mL焦化廢水30秒。加入混凝劑后，系統以200r/秒的速度再混合90秒。然后，將速度降低到40r/秒，持續30分鐘。最后，讓混合物靜置30分鐘，并用注射器在溶液表面以下約2cm處提取上清液樣品以進行進一步分析。混凝預處理后，在室溫下用20mL焦化廢水進行吸附，pH值在7-8之間，振動速度為200rpm/秒。然后，將溶液通過0.45μm纖維素膜過濾器過濾以供進一步分析。

　　混凝結合活性炭吸附去除親水和疏水成分

　　焦化廢水中的溶解有機物分為三個不同的組分：親水部分、轉親部分和疏水部分。在原廢水中，疏水部分是主要成分，占COD的76.69%(圖1)。轉親部分所占比例最小，僅占COD的4.38%。混凝和活性炭吸附后，混凝和活性炭吸附對有機組分的去除率排序為疏水部分(77.31%)>親水部分(18.52%)>轉親部分(2.32%)，而混凝和活性炭吸附的去除率依次為疏水部分(75.68%)>轉親部分(44.66%)>親水部分(21.15%)。碳質材料通常表現出很強的疏水性，因此本研究中使用的兩種吸附劑對疏水部分的親和力大于對親水部分和轉親部分的親和力。本研究中吸附劑對疏水部分的去除效率高于其他對焦化廢水的研究。盡管活性炭對轉親部分的去除效率較低，但由于轉親部分在原廢水中所占比例很小，因此活性炭實現了有效的COD去除(圖1a)。

　　圖1：(a)焦化廢水中溶解有機物組合的比例(b、c)混凝和活性炭處理后溶解有機物組合的比例(d)混凝聯合活性炭處理對溶解有機物組合的去除效率。

　　有機物去除特性的熒光區域積分(FRI)分析

　　在原廢水和混凝廢水的EEM光譜中檢測到三個主要的熒光峰(I、II、III)，如圖2所示。Ex/Em的中心波長約為220/295nm、230/355nm和280/355nm，分別對應于類酪氨酸、類色氨酸和可溶性微生物副產物。在兩種活性炭處理后，流出物中不存在三個主要熒光峰(圖2c、d)。

　　圖2：(a)原廢水、(b)混凝流出物、(c)活性炭吸附流出物和(d)第二種活性炭吸附流出物的EEM光譜。

　　活性炭的可重用性

　　為了評估活性炭的可重復使用性，對活性炭進行了吸附-解吸實驗。經過四個吸附-解吸循環后，活性炭吸附對焦化廢水中COD的吸附效率僅降低了約10%(圖3)，表明活性炭具有良好的可重復使用性。此外，使用NaOH作為再生劑的方法具有成本效益高的優點。總之，這些表明本研究中生產的活性炭在實際廢水處理中具有巨大的應用潛力。

　　圖3：活性炭的吸附-解吸性能。

　　活性炭混凝吸附去除焦化廢水中的有機物，對吸附劑進行了表征，并系統地研究了它們對有機物的去除特性。焦化廢水經過混凝和活性炭吸附后，有機污染物得到有效去除，出水COD低于排放限值。與對照吸附劑相比，活性炭在COD去除方面表現出相似的性能，吸附速度更快，并且對焦化廢水中的主要有機成分疏水性有機物(77.31%)的去除效果更高。分析結果表明，活性炭對疏水性類色氨酸物質的去除效率最高(分別為98.78%和98.55%)，對復雜有機化合物和有色物質也有較好的去除效果。

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