活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附選礦廢水中水楊酸異羥肟酸

　　水楊酸異羥肟酸是一種用于礦物加工的新型浮選劑。然而，它影響浮選廢水，留下高色度，這限制了其再利用并影響采礦企業的排放。根據相關統計，鎢礦的浮選過程的水消耗為4-7m3/t原礦，重力分離過程的耗水量為6-15m3/t原礦。選礦廢水來源約占工業廢水的十分之一，為了處理選礦廢水的著色問題，我們研究了活性炭加臭氧化催化處理水楊酸異羥肟酸。

　　在實際工程中，礦物加工企業產生的廢水主要通過凝結和沉淀去除，部分廢水再利用于礦物加工生產中，剩余的廢水進入尾礦庫，通過自然光降解后再利用或外排。自然沉降后通過自然光降解，廢水中的殘留礦物處理劑可以分解為發色物質，從而導致礦物處理廢水的顏色，并且隨著自然光降解時間的延長，色度逐漸增加。色度是廢水中顏色的問題，再加上氣味問題，更容易被察覺。排入水中的高色度廢水還會影響藻類的光合作用，嚴重威脅生態環境。吸附是用于色度除去在廢水處理中具有許多優點常用的方法，如簡單的操作，高效率，環境友好性。活性炭是最常用的吸附劑之一，具有吸附能力高，表面積大，孔多的特點。本次發現活性炭與臭氧氧化結合可以提高脫色或污染物的去除效果，活性炭擔任吸附和催化兩個角色。

　　實驗裝置

　　臭氧的反應裝置如圖1所示。它主要由高硼硅酸鹽玻璃和臭氧發生器制成。反應器高度為500mm，外徑和內徑分別為70和65mm，有效容積為1.5L。反應器中臭氧氣體的流量可控制在100mL分鐘以內。反應器中的氣體分配器是鈦板，其孔隙率約為20%至30%，微孔的平均孔徑約為17μm。臭氧反應尾氣的吸收溶液為濃度為1.5mol/L。對色度為600的模擬水楊酸異羥肟酸廢水500mL進行采樣，并將其放入燒杯中。將制得的活性炭量0.03、0.06、0.09、0.12、0.15和0.18g/L樣品分別添加到前一溶液中，然后用磁力攪拌器混合以達到吸附平衡，分析處理后的上清液的色度以評價處理效果。

　　圖1：臭氧化處理過程示意圖。

　　活性炭催化臭氧化實驗

　　根據以前的單個活性炭吸附和臭氧化實驗的結果，設計了四個因素和三個水平的正交實驗，討論模擬廢水的色度和COD cr去除效果并確定最佳實驗參數。具有操作條件的實驗程序設計流程圖如圖2所示。

　　圖2：實驗程序設計的流程圖。

　　活性炭用量對色度去除的影響

　　為了探討活性炭吸附對脫色的影響，在0.03g/L至0.18g/L的不同用量下進行了實驗，初始色度恒定在600。模擬廢水中的色度去除如圖3所示。初步實驗表明，當吸附時間為2小時，隨著活性炭用量的增加，色度去除率也隨之增加，足以達到吸附平衡。當活性炭用量從0.03增加到0.18g/L時，色度去除率從41.7增加到83.3%，流出物的色度從350減少到100。吸附劑用量越高，表面積和可交換結合位點的利用率越高。活性炭對模擬廢水的色度具有良好的去除效果，但出水色度不能滿足標準要求。結果表明，當活性炭用量大于0.15g/L時，吸附點已超過所需量，發色團與活性炭的結合力成為吸附的決定性因素。

　　圖3：活性炭用量對模擬廢水中色度去除的影響，模擬廢水的色度。

　　活性炭催化臭氧化的正交實驗

　　根據以往的研究結果，選擇pH值，臭氧用量，活性炭用量和反應時間作為正交試驗設計的四個主要因素。根據實驗結果和顯著性檢驗(F值)，各種因素對色度去除率的影響順序為：pH值>反應時間>臭氧濃度>活性炭用量。結果進一步表明，與其他實驗參數相比，pH值更可能影響色度去除率，在于溶液的pH值變為作為陰離子染料吸附過程中最重要的條件，與pH值較低的陽離子染料相比，pH值較低是理想的。實驗參數的最佳水平為pH值2.87，臭氧濃度分別為6mg/L，活性炭用量0.06g/L和反應時間60分鐘，色度去除率達到96.36%，出水色度僅為20，符合排放要求。實驗參數的最佳水平與以活性炭為催化劑的催化臭氧化處理亞甲基藍廢水相似，其最佳實驗參數為：反應溫度20°C，催化劑用量0.4g/L，pH值為6，亞甲基藍的初始質量濃度為200mg/L，反應時間為33分鐘時，亞甲基藍的去除率達到100%左右，COD去除率達到76.1%。

　　活性炭吸附選礦廢水中水楊酸異羥肟酸，是一種采用活性炭催化臭氧氧化的去除選礦廢水色度的方法。基于實驗參數，如pH值2.87，臭氧濃度4mg/L，活性炭用量0.06g/L，反應時間40分鐘，模擬廢水的色度去除率大于95%，色度小于30。滿足綜合廢水排放標準的主要排放要求和工業用水城市回用水的水質標準的要求。對以上實驗結果進行綜合分析，比較除色效果和處理成本，顯然表明，酸性條件下的臭氧氧化法更適合于高色度模擬廢水的處理。有色浮選廢水從尾礦庫釋放到環境中是采用常規混凝和沉淀處理方法的水生生態系統的問題根源。這種活性炭催化臭氧化方法可為實際礦物浮選廢水處理過程中的色度去除提供有力的支持。

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