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活性炭處理含2，4，6-三氯酚廢水的研究

文檔作者：李瑞青文檔來(lái)源：通用電氣研發(fā)中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年07月25日
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活性炭處理舍2，4，6一三氯酚廢水的研究
李瑞青
(通用電氣研發(fā)中心上海201203)
摘要以活性炭對(duì)含三氯酚的模擬廢水進(jìn)行處理。采用靜態(tài)試驗(yàn)的方法研究活性炭投加量、處理時(shí)間、溫度、pH對(duì)三氯酚
去除效果的影響。結(jié)果表明，活性炭處理含三氯酚廢水的最適溫度為25～30℃，最適pH值為3．0．7．0。在最適合條件下，理論上
將lL含三氯酚濃度為127mg，IJ的廢水處理達(dá)到國(guó)家三級(jí)污水排放標(biāo)準(zhǔn)(1．Omg，L)，需投加活性炭81．59。
關(guān)鍵詞活性炭；含三氯酚廢水；去除效率
中圖分類號(hào)：×703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672—9064(2014)03—064—03
2，4，6一三氯酚是一種具有很強(qiáng)環(huán)境毒性．并且難以被生
物降解的有機(jī)物。它廣泛存在于被農(nóng)藥、化工和殺生劑等污
染的環(huán)境中。另外。采用加氯法對(duì)自來(lái)水消毒的過(guò)程中也容
易發(fā)生氯代作用．將原水中的酚類化合物轉(zhuǎn)變?yōu)槿确?。
2．4．6一三氯酚對(duì)人的危害主要是通過(guò)損害人的神經(jīng)系統(tǒng)和
呼吸系統(tǒng)而產(chǎn)生的。值得注意的是．由于其難以被生物降解，
工業(yè)生產(chǎn)中突發(fā)性三氯酚泄露后極易通過(guò)水循環(huán)擴(kuò)散到環(huán)
境中。對(duì)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生極大的危害。故去除環(huán)境，尤其
是水環(huán)境中三氯酚的研究具有重要意義。當(dāng)前．我國(guó)已將三
氯酚作為需要優(yōu)先控制的污染物。
水處理過(guò)程中去除水中三氯酚的方法主要有生物去除
法[2]、催化氧化法[3]、光化學(xué)處理法?和吸附法[5]等?？紤]到去
除效率以及處理成本等因素，吸附法具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)?；钚?
炭因其擁有巨大的比表面積以及多樣化的表面官能團(tuán)而成
為水處理行業(yè)常用的吸附劑。此外．活性炭具有豐富的微孔
結(jié)構(gòu)．能夠有效截留廢水中的微生物。截留的微生物與廢水
充分接觸并被馴化后還可以有效利用廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)
行生長(zhǎng)．進(jìn)而降低了廢水有機(jī)物濃度．達(dá)到廢水深度凈化的
效果。
本文以模擬含2。4．6一三氯酚的廢水為研究對(duì)象，對(duì)活
性炭處理含三氯酚廢水的不同因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，主要包
括活性炭投加量、處理時(shí)間、溫度、pH。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了活性
炭處理含三氯酚廢水的最優(yōu)條件．并推算出在最優(yōu)條件下處
理1L模擬廢水所需要的活性炭理論值。
l材料與方法
1．1試驗(yàn)用廢水
試驗(yàn)所用廢水為本實(shí)驗(yàn)室制備的模擬含2．4．6一三氯酚
的廢水．以經(jīng)活性污泥法處理的生活廢水為基水(COD約為
30mg／L)，添加三氯酚母液至COD終濃度115mg，L制備而
成。經(jīng)檢測(cè)，該模擬廢水pH值為7．0。三氯酚母液由無(wú)水乙
醇預(yù)先溶好備用。
1．2儀器與試劑
儀器：DR6000型COD測(cè)量?jī)x，美國(guó)哈希公司；QYC200
恒溫培養(yǎng)搖床．上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；xS204電子分
析天平，梅特勒一托利多公司；ABl5pH計(jì)，飛世爾科技公司；
CSR一1—50型純水儀，北京愛(ài)斯泰克有限公司。
試劑：NaoH，HCl，天津化學(xué)試劑一廠；2，4，6一三氯酚，無(wú)
水乙醇，國(guó)藥上海股份有限公司。所用藥品均為分析純。COD
檢測(cè)試劑盒購(gòu)自哈希公司，檢測(cè)精度O一1500m蜀，L。8×30目
顆?；钚蕴抠?gòu)自上海．
1．3測(cè)定項(xiàng)目及測(cè)定方法
本研究對(duì)廢水中三氯酚的處理效果主要通過(guò)監(jiān)測(cè)處理
前后水樣中COD的變化來(lái)反映。各監(jiān)測(cè)值對(duì)應(yīng)的三氯酚濃
度可通過(guò)預(yù)制的COD一三氯酚對(duì)應(yīng)關(guān)系圖中讀取(見(jiàn)圖1)。
COD一三氯酚對(duì)應(yīng)圖做法如下：
首先制備濃度為10、50、100、200、300IIIl璣的含三氯酚
廢水溶液．測(cè)定相應(yīng)的COD值。然后將所獲得的COD值與
對(duì)應(yīng)的三氯酚濃度值在直角坐標(biāo)系中作圖并進(jìn)行擬合。由圖
1知其符合線性關(guān)系。所得擬合方程為：v=1．084x+1．911，R2=
O．999。其中，x為實(shí)驗(yàn)測(cè)得的COD值(mg，L)，y為對(duì)應(yīng)的三氯
酚濃度(m璣)。
0 SO 1∞ 1SO 2∞ 2∞300
coO，(m—L)
圖1 三氯酚濃度一COD對(duì)應(yīng)圈
2結(jié)果與分析
2．1 不同處理時(shí)間對(duì)含2。4。6一三氯酚廢水去除率的影響
首先需確定處理時(shí)間對(duì)三氯酚廢水去除率的影響是否
與活性炭投加量有關(guān)。隨機(jī)稱取活性炭20、40、100、180Ing，
分別投入200IIIlL制備的模擬三氯酚廢水中(CODll5m蜀／L)，
30℃下，120rpm恒溫?fù)u床震蕩處理312h。在4、7、24、48、72、
168、312h時(shí)取樣并測(cè)定其COD值。結(jié)果如圖2所示。
由圖2所知。在投加活性炭的前72h．各溶液的COD去
除率都迅速增加．且增加的速度隨活性炭投加量的增加而加
快。但隨處理時(shí)間的推移。COD去除率的增速逐漸降低。處
作者簡(jiǎn)介：李瑞青，男，博士，就職于通用電氣研發(fā)中心。研究方向：水處理。
20住No．3．§
{蠶
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萬(wàn)方數(shù)據(jù)
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時(shí)閥，h
圖2不I司處理時(shí)I司對(duì)含三氯酚廢水去除率的影響
理72h時(shí)后。各溶液COD去除率增速為零．活性炭對(duì)廢水
COD的去除達(dá)到平衡。
由于不同活性炭投加量的各溶液COD去除率達(dá)到平衡
所需的時(shí)間均為72h。表明處理時(shí)間對(duì)三氯酚去處率的影響
與活性炭投加量無(wú)關(guān)。因此．本研究可選擇72h作為最佳處
理時(shí)間．
2．2不同活性炭投加■對(duì)含2。4。6一三氯酚廢水去除率的影
響
在11個(gè)培養(yǎng)瓶中分別隨機(jī)稱取5．6、11．3、19．9、29．6、
42．1、50．6、101．4、150．2、180．1、200．2、220．3mg活性炭，再向各
瓶中分別加入200mL實(shí)驗(yàn)室預(yù)制的模擬含三氯酚廢水。然
后在恒溫?fù)u床培養(yǎng)箱中充分震蕩處理72h。搖床轉(zhuǎn)速為
120印m，溫度控制在30℃。取出搖瓶后測(cè)量各自COD值并計(jì)
算去除率。所得結(jié)果如圖3所示。
摹
丹
鍾
．}I{
a
o
70
60
50
40善Z80 100 120 140
i舌性炭投加量，mg
圖3不同活性炭投加■對(duì)含三氯酚廢水去除率的影響
由圖3可知，活性炭投加量在5．6m只至101．4mg之間
時(shí)，去除率隨活性炭的投加量呈線性增長(zhǎng)．處理過(guò)程符合一
級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型。在活性炭投加量為101．4mg到180．1mg
之間時(shí)．反應(yīng)呈混合動(dòng)力學(xué)關(guān)系。當(dāng)活性炭添加量超過(guò)
180．1mg時(shí)，COD去除率增量急劇減小，處理反應(yīng)基本符合
零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。此時(shí)已達(dá)到處理平衡。因此該實(shí)驗(yàn)中
最佳活性炭投加量應(yīng)該在180．1mg附近。
2．3不同溫度對(duì)含2．4。6一三氯酚廢水去除率的影響
稱取180IIlg活性炭加入培養(yǎng)瓶中，加人實(shí)驗(yàn)室預(yù)制的
模擬含三氯酚廢水200mL，在恒溫?fù)u床培養(yǎng)箱中120rpm震
蕩處理72h。分別設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度為15、20、25、30、40℃。取上
清液測(cè)COD值并計(jì)算去除率。結(jié)果如圖4所示。
由圖4可知。在溫度從15℃升高至40℃的過(guò)程中．COD
2014．No，3．
器
褥
鬣喊
aoU
15 20 25 30 40
溫度／℃
圖4不同溫度對(duì)含三氯酚廢水去除率的影響
去除率先上升后下降，在25℃到30℃之間時(shí)處理效果最佳。
究其原因。首先是活性炭的吸附效率與溫度密切相關(guān)。其次
是在活性炭表明附著有微生物．一般微生物的最適培養(yǎng)溫度
在25℃到37℃之間。故本實(shí)驗(yàn)中。25℃到30℃溫度范圍內(nèi)活
性炭吸附與微生物代謝共同作用下．含三氯酚廢水的處理效
果最佳。
2．4不同pH值對(duì)含2，4。6-三氯酚廢水去除率的影響
分別稱取180mg活性炭加入9個(gè)培養(yǎng)瓶中，再向各瓶
加入實(shí)驗(yàn)室預(yù)制的模擬含三氯酚廢水200mL。分別調(diào)節(jié)各溶
液的pH值到2．0、3．0、4．0、5．0、6．0、7．0、8．0、9．0、10．0。在30℃
恒溫?fù)u床培養(yǎng)箱中120rpm震蕩處理72h。取上清液測(cè)COD
值并計(jì)算去除率。結(jié)果如圖5所示。
70 、
Z U 3．O 4 0 5 0 6 O 7 O 8 O 9．0 10 0
pH
圈5不同DH值對(duì)含三氯酚廢水去除率的影響
由圖5知，活性炭去除三氯酚廢水的最佳pH值范圍為
3．0～7．0，當(dāng)pH值大于8．0時(shí)處理效果急劇下降。因pH對(duì)活
性炭表面活性基團(tuán)具有重要影響．說(shuō)明在偏酸性條件下更有
利于活性炭對(duì)三氯酚的吸附去除。
2．5 活性炭去除含三氯酚廢水等溫特性標(biāo)準(zhǔn)曲線的確定
將30℃下投加不同活性炭處理含三氯酚廢水達(dá)到平衡
時(shí)(72h)所得各溶液的COD值按材料與方法中所述對(duì)應(yīng)關(guān)
系折算為相應(yīng)的三氯酚濃度。并按照方程：Qe=V×(C。一Ce)／
m計(jì)算相應(yīng)的單位活性炭的三氯酚去除量Qe(m咖g)。其
固
∞
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如
加
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o
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∞
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如
加
加
。
摹～時(shí)豎：圣aou
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
中．V代表溶液體積(L)，C。和Ce分別表示三氯酚的初始濃
度和平衡濃度(mg／L)，m表示活性炭質(zhì)量(mg)。所得計(jì)算結(jié)
果如表1所示。
表1 活性炭處理含三氯酚廢水單位去除■與處理平衡濃度
由表l可知．經(jīng)折算后模擬廢水的初始三氯酚濃度C。
為127mg，L。對(duì)Qe和Ce取對(duì)數(shù)，并分別以logCe和logQe為
橫縱坐標(biāo)．對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到活性炭對(duì)三氯酚
廢水的等溫去除特性標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖5所示。其擬合方
程為：Y：0．960X一2．810，R氈0．964。根據(jù)該方程推算，若要將
1L含三氯酚濃度為127m璣的廢水達(dá)到國(guó)家三級(jí)污水排放
標(biāo)準(zhǔn)(1．0IIlg，L)，理論上需一次性投加活性炭81．59。
3結(jié)論
(1)處理時(shí)間對(duì)活性炭處理三氯酚廢水的去除率具有影
響．且這種影響與活性炭投加量無(wú)關(guān)。在0～72h內(nèi)。三氯酚去
除率隨著時(shí)間的增大而增大．72h時(shí)去除率達(dá)到平衡，此時(shí)
為最佳處理時(shí)間。
(2)活性炭的投加量對(duì)三氯酚廢水的去除率具有影響。
隨著投加量的增加去除率先呈一級(jí)動(dòng)力學(xué)增加，逐漸演化為
混合級(jí)動(dòng)力學(xué)增加．當(dāng)增加到一定程度時(shí)活性炭投加量對(duì)去
除率的影響為零．達(dá)到去除平衡。
旬．70
旬．80
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喜．1∞
·1．10
-1．20
-1．30
1．90
嘲n
圖6活性炭去除含三氯酚廢水等溫(30℃)特性標(biāo)準(zhǔn)曲線
(3)溫度和pH對(duì)活性炭處理三氯酚廢水去除率的影響
趨勢(shì)一致，即隨著溫度或pH值的升高，去除率先上升后下
降。最適溫度為25～30℃，最適pH值為3．0～7．0。
(4)在最佳處理?xiàng)l件下，理論上將1L模擬三氯酚廢水處
理到三級(jí)污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求需要投加活性炭81．59。
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云南規(guī)范節(jié)能減排服務(wù)市場(chǎng)
記者從云南省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院獲悉，《云南省用能
和排污計(jì)量監(jiān)督管理辦法》頒布，此《辦法》實(shí)施后，將在全省
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·I’‰．，“¨¨”n¨¨．．．·-¨h-．一一¨¨．．∥-Ⅶ．，∥·Ⅶ一”¨¨，。¨¨一·¨¨．_一-¨¨．．一¨¨．．一¨¨1．·一¨h-．一Ⅶ·．一Ⅶ1．_“¨¨·．一。¨¨p一Ⅶ·．一?¨h·一_¨¨··一。嘶_·一?！?#183;一¨¨··一。¨¨··一“。¨一．．¨一¨¨_．一”¨一。¨¨¨一。I-
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近日國(guó)家統(tǒng)計(jì)局哈爾濱調(diào)查隊(duì)在該市隨機(jī)抽取了50戶
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