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褐煤活性炭吸附处理煤化工废水COD实验研究

2021-08-03 08:14:18| 来源:| 编辑:| 点击:0次

褐煤活性炭吸附处理煤化工废水COD实验研究

摘要:以某气化厂的废水为原水,进行褐煤活性炭对COD的吸附性能的静态和动态实验。静态实验表明,褐煤活性炭对COD的吸附性能符合弗兰德里希(Freundlich)吸附方程式。在室温条件下,对于150mL煤化工废水,当活性炭的用量为10g,吸附反应时间为1h,COD的去除率可达85%。动态试验研究表明,当进水COD浓度为5200mg/L,吸附1.5h,活性炭对COD的吸附容量可达27.7mg/g。水处理的实验研究表明利用褐煤制备的活性炭,对煤化工废水具有良好的处理效果。

关键词:褐煤活性炭; 吸附; 煤化工废水;

煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学产品的过程,主要分为煤炭焦化、煤气化、煤气化合成氨、煤气化合成其他产品及直接液化等。煤化工企业用水量大,其排放的废水主要来源于煤炼焦、煤气净化及化工产品回收精制等过程[1]。该类废水水量大,水质复杂,以酚和氨为主[2],并且含有大量的联苯、吡啶吲哚和喹啉等有毒污染物,毒性大[3],如不经过合理处置排入水体会对环境造成严重危害。

目前主流的处理工艺主要是以活性污泥法为核心的三段法,包括物化预处理、生化处理和深度处理。活性污泥法具有技术成熟、运行成本低的优点,但是由于煤化工废水的水质特点,长达数天的水力停留时间仍不能有效去除难降解有机污染物,且占地过大从而使投资成本增加。同时由于废水水质水量波动很大,容易对生化系统造成冲击,破坏微生物群落结构,从而造成出水不能稳定达标。

活性炭作为一种优良的多孔炭质材料,被广泛地应用于水质净化过程,活性炭吸附法处理技术已成为城市污水和工业废水深度处理最有效的方法之一[4]。但是由于活性炭生产成本高而大大限制了其使用范围。褐煤的煤化程度低,水分高,热值低,在工业用方面远不如其它煤种广泛,是有待开发利用的煤炭资源[5]。利用褐煤制备的活性炭比表面积相对较小,但一般中孔发达,具有良好的吸附性能。本实验采用褐煤活性炭作为吸附剂,研究其对煤化工废水处理的性能。

1 实验部分

1.1 实验主要仪器和药品

SKY-100C型摇床,上海苏坤实业有限公司生产;HACH ODYSSEY DR/2500分光光度计,COD REACTOR(消解反应器)均来自美国哈希(HACH)公司。

1.2褐煤活性炭的物理性质

褐煤活性炭由中国电力科学研究院电站辅机技术研究所(北京国电富通科技发展有限责任公司)研制生产,其物理性质见表1。

表1 褐煤活性炭成分分析

项 目 空气干燥基 干燥基 干燥无灰基

分析水 % 9.86

灰分 % 18.50 20.52

挥发分 % 6.12 6.79 8.54

固定碳 % 65.52 72.69 91.46

依照IUPAC活性炭孔径分类标准:大孔直径>50nm;中孔直径为2~50nm;微孔直径<2nm[6]。褐煤活性炭表面中孔发达,在活性炭的吸附过程中,对大分子有机物的吸附起到相当大作用。

1.3 实验装置及方法

实验所用的废水取自某气化厂,外观呈深褐色,水质组成复杂,水样COD值为4500~5200mg/L ,pH值为8.0~8.5。分别用静态和动态实验来评价褐煤活性炭对煤化工废水的处理性能。评价指标为HACH重铬酸钾法COD。

1.3.1 COD测定方法

实验用HACH COD测试管,量程(0-1500mg/L),实验过程中取水样(或稀释水样)2mL加入到HACH COD测试管中,放入COD 消解反应器中消解2h。消解完成之后,冷却至室温用HACH ODYSSEY DR/2500分光光度计进行COD的测定。

1.3.2 静态吸附实验

在室温下,分别向5个250 mL的锥形瓶中加入不同量的活性炭,然后向每个烧瓶中加入150 mL原废水,再将各锥形瓶分别放在摇床上振荡1h,然后将各锥形瓶中废水过滤,弃去最初20mL滤液,取样测定原废水和各滤液的COD浓度,计算不同活性炭用量下COD的去除率.

在室温条件下,分别准确称取10g活性炭依次放入5个锥形瓶中,加入150mL原水,在摇床内240r/min振荡吸附。每隔一定时间取出一个锥形瓶,用漏斗过滤,弃去最初的20mL滤液,取样测定COD的浓度变化。

1.3.3动态实验

实验装置示意图见图1,装置由一个原水箱、一个转子流量计和三个串联的有机玻璃吸附柱组成,连接管为硬质塑管,所有阀门的材质为PVC。三个吸附柱上每间隔100 mm加一取样孔(孔径为6~8 mm)。

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