活性炭吸附技術(shù)處理印染廢水的研究進(jìn)展

李 思，邢海營(yíng)，張金輝，楊雙春

（遼寧石油化工大學(xué), 遼寧 撫順 113001）

印染廢水水量較大，占工業(yè)污水總量的35%，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每印染加工1 t紡織品耗水100～200 t，其中 80%～90%成為廢水。如果這些廢水不經(jīng)過妥善處理就排放到江河湖泊中將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染破壞水體生態(tài)系統(tǒng)。活性炭[1]具有獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)，吸附容量大、吸附速度快，因此被廣泛的應(yīng)用到廢水處理中。目前，國(guó)家已明確要求紡織印染行業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排，推動(dòng)行業(yè)改造，并出臺(tái)了《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》、《印染行業(yè)準(zhǔn)入條件》、《紡織工業(yè)“十二五”科技進(jìn)步綱要》等文件[2]。印染廢水的活性炭處理方法較多，目前已有學(xué)者研究了改性活性炭和新型復(fù)合活性炭材料應(yīng)用于廢水處理。筆者進(jìn)行了綜述，并提出了幾點(diǎn)建議。

1 活性炭在印染污水處理中研究進(jìn)展

1.1 活性炭簡(jiǎn)單改性

王湖坤[3]等人通過ZnCl2溶液活化法制備了核桃殼質(zhì)活性炭，并以亞甲基藍(lán)為模擬吸附質(zhì)對(duì)其吸附性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該吸附劑可以去除 79%的 CODCr和 100%的色度，出水的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均能達(dá)到國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。核桃殼來源廣泛且價(jià)格便宜，炭化溫度低，時(shí)間短，且處理印染廢水工藝簡(jiǎn)單，效果好，但再生困難，成本高，一般應(yīng)用于濃度較低的染料廢水處理或深度處理。胡巧開[4]用硫酸活化法，以花生殼為原料制備活性炭，在最佳制備條件下得到的活性炭對(duì)印染廢水的脫色率可達(dá)96.7%。但文章中并未考察該吸附劑的再生性能，因此有待進(jìn)一步研究。馬承愚[5]等人以茄子秸稈為原料，ZnCl2為活化劑制備粉末狀茄子秸稈活性炭，以活性紅X-3B和酸性藍(lán)RL為模擬染料廢水分別考察了染料初始濃度、pH 值、活性炭投加量和吸附時(shí)間等對(duì)染料脫色率的影響。結(jié)果顯示最佳脫色率分別為 93%和 98%，最佳 COD 去除率分別為94.5%和 86.4%，處理后的各水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4287-1992）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。但茄子秸稈活性炭更適于處理低濃度的染料廢水，對(duì)高濃度的染料廢水的處理效果不夠明顯。Wen-Hong Li[6]等人采用低溫碳化法將造紙廠下水道污泥轉(zhuǎn)化為活性炭，并用其處理四甲基藍(lán)和活性紅廢水，對(duì)四甲基藍(lán)的最佳吸附量為263.16 mg/g，對(duì)活性紅的最佳吸附量為34.36 mg/g，且具有很高的再生率和較低的成本，每噸成本在365美元左右，最有一定的應(yīng)用前景。

1.2 活性炭負(fù)載改性

活性炭的用途越來越廣泛、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，為滿足不同使用環(huán)境或某種特殊用途通常對(duì)活性炭進(jìn)行深加工處理，使活性炭改變本身所固有的某些特性，以滿足某種特殊用途，負(fù)載改性活性炭在處理印染廢水中具有廣泛的應(yīng)用。Mehrorang Ghaedi[7]等人分別將Ag和Pb負(fù)載到活性炭上制備Ag NPs-AC和Pd NPs-AC納米顆粒，并檢驗(yàn)其對(duì)堿性亞甲藍(lán)的吸附效果。結(jié)果表明，Ag NPs-AC和Pd NPs-AC的最大吸附容量分別為71.4和75.4 mg/g，兩者均具有吸附容量大，達(dá)到吸附平衡時(shí)間短的特點(diǎn)，可作為新型吸附材料。蔣柏泉[8]等人以廢木屑為原料制備載銅活性炭。將最優(yōu)條件下制得的載銅活性炭應(yīng)用到模擬印染廢水的處理中，測(cè)得其色度去除率為99.8%，出水色度為32（稀釋倍數(shù)），COD去除率為88.34%，出水COD為75 mg/L。李偉峰[9]等人用Cu、Fe、Ni、Mn對(duì)活性炭進(jìn)行負(fù)載，并將負(fù)載后的活性炭對(duì)南京市某印染廠的印染廢水進(jìn)行催化氧化處理實(shí)驗(yàn)。最佳CODCr去除率為84.16%，色度去除率一般可達(dá)85% 以上。劉玉德[10]等人以海南廢棄椰殼為原料，以H3PO4為活化劑，0.5 mol·L-1的Cu(NO3)2溶液為浸漬液，制備載銅活性炭催化劑，并用來處理酸性大紅GR染料廢水，結(jié)果表明活化溫度在450～600 ℃的溫度區(qū)間內(nèi)，廢水的處理效果隨活化溫度提高而增大。最優(yōu)條件下制得的催化劑對(duì)模擬廢水的色度和COD除去率分別高達(dá)99.98%和97.48%，均達(dá)到我國(guó)1992年后實(shí)施的《紡織染整工業(yè)污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4287-92） 規(guī)定的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。洪浩峰[11]等人對(duì)比了FexOy、CuO、NiO、MnxOy、BaO負(fù)載活性炭對(duì)印染廢水的處理效果，結(jié)果表明載鐵活性炭對(duì)印染廢水的處理效果最好，最佳COD去除率可達(dá)到86%，且再生實(shí)驗(yàn)顯示，載鐵活性炭重復(fù)使用12次后COD去除率仍可達(dá)64%。但金屬改性活性炭在使用過程中金屬顆粒直徑會(huì)隨著使用時(shí)間而變大，最后凝結(jié)在活性炭表面影響活性炭的吸附效果。

1.3 活性炭改性復(fù)合材料

活性炭在處理印染廢水過程中還存在許多不足，如再生困難、不能承受較大的污染負(fù)荷等，新型活性炭吸附材料的開發(fā)方向是近年來研究的熱點(diǎn)，如將活性炭和其他吸附材料或絮凝材料復(fù)合。李國(guó)朝[12]等人采用成孔劑發(fā)泡法，將食用淀粉、高純度甲醛等加入聚乙烯醇溶液中進(jìn)行縮醛化制備聚乙烯醇/活性碳多孔復(fù)合材料，處理以甲基橙溶液模擬的染料廢水，結(jié)果表明在最佳吸附溫度 50℃下，復(fù)合材料對(duì)甲基橙的吸附率可達(dá)到91%。但在聚乙烯醇/活性碳多孔復(fù)合材料制備過程中，對(duì)淀粉、甲醛的加入量有著極高的要求，淀粉用量多，則微孔多，吸水性好，但反應(yīng)速度慢；用量少，則泡孔大。甲醛用量過少，則反應(yīng)速度緩慢，縮醛度低，黏度差，難以成形，吸附效果差；甲醛用量過多，雖然反應(yīng)速度加快，縮醛度升高，但形成的聚合物的水溶性及吸附效果較差。此外，殼聚糖包裹活性炭對(duì)印染廢水的處理研究也是一大熱點(diǎn)，黃劍明[13]等人將一定量的殼聚糖溶于醋酸溶液加入活性炭制成殼聚糖活性炭復(fù)合物，再以制備的復(fù)合物與稀土聯(lián)合使用處理由佛山南方印染股份有限公司提供的印染廢水，結(jié)果表明：在最佳條件下，即，殼聚糖活性炭之比為 1∶9，pH 值為 2.3，溫度為40 ℃時(shí)，絮凝效果最好，濁度、色度的去除率均在95%以上，COD 的去除率接近于70%。但此處理方法存在一些不足，如氨氮的去除率較低，最高僅為35.63%。

1.4 混凝-活性炭協(xié)同法

印染廢水具有較大的色度以及COD值，單獨(dú)使用活性炭處理的印染廢水常常不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)?；炷ㄊ浅椒ㄍ?，另一個(gè)重要的水處理技術(shù)，將混凝與吸附結(jié)合，可以對(duì)印染廢水進(jìn)行深度處理，達(dá)到良好的處理效果。萬彤[14]等人利用工廠的污泥制備活性炭，采用混凝-活性炭吸附處理來自馬鞍山市某印染廠的印染廢水。結(jié)果表明：在最佳條件下，COD和色度的去除率分別可達(dá)到92.5%和93.7%，出水水質(zhì)均達(dá)到DB44/26-2001的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，此方法中的污泥吸附劑成本低廉，來源廣泛，實(shí)現(xiàn)真正的廢物利用。

1.5 微波輔助活性炭法

微波可以使溶液中的分子發(fā)生高速旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生熱效應(yīng)，降低反應(yīng)活化能以及分子的化學(xué)鍵強(qiáng)度，常常作為誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的催化劑。孫琪娟[15]等人以微波作為熱源，處理某印染車間未經(jīng)生化處理的印染廢水（以水溶性的活性染料為主）。結(jié)果表明，當(dāng)微波功率為700 W，活性炭用量為5 g，輻射時(shí)間為6 min，pH為3.0 時(shí)，模擬混合染色廢水脫色率達(dá)到73.6%。在最佳工藝條件下，將微波誘導(dǎo)催化技術(shù)用于實(shí)際印染車間染色廢水處理中，雖脫色率沒有模擬混合染色廢水效果好，但仍能達(dá)到62.1%。此外，張偉[16]等人也證實(shí)了微波輻射與活性炭聯(lián)用后對(duì)印染廢水的處理效果明顯高于兩者單獨(dú)使用時(shí)的效果。并得出微波輻射-活性炭法處理印染廢水的最佳工藝條件：在未調(diào)節(jié)印染廢水 pH的條件下，活性炭用量為0.010 g/mL，微波輻射功率為900 W，輻射時(shí)間為8 min，COD去除率達(dá)到了93.6%，色度去除率達(dá)到了100%。微波協(xié)同活性炭法具有反應(yīng)快速、能量利用率高、二級(jí)污染少、對(duì)難降解廢水處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。但是，活性炭再生問題有待進(jìn)一步研究。魏善彪[17]等人以甲基橙染料溶液為模擬印染廢水，研究表明：在甲基橙質(zhì)量濃度為30 mg/L，活性炭用量為1.0 g/L，微波功率為432 W，輻射時(shí)間為9 min時(shí)，處理效果最好?？傊?，微波輔助活性炭工藝對(duì)廢水的濃度有一定的要求，當(dāng)濃度過高時(shí)由于對(duì)微波功率的吸收效果減弱。

1.6 電化學(xué)法中的活性炭

電化學(xué)法無需加入藥劑，占地面積小，是一種較為清潔的處理工藝，也可作為前處理工藝，提高廢水的可生化降解性。有學(xué)者對(duì)電化學(xué)法處理印染廢水的效果進(jìn)行了研究。Chih Ta Wang[18]等人采用電Fenton法對(duì)實(shí)際印染廢水進(jìn)行處理，并以活性炭為陰極釋放過氧化氫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該工藝對(duì)印染廢水COD的最大去除率為75.2%。Hengyi Lei[19]等人也采用活性炭為陰極，對(duì)紅 X-GRL模擬廢水進(jìn)行電Fenton處理，其最佳脫色率為97.62%。張大全[20]等人分別用厚度、面積相同的不銹鋼板和Fe-PbO2/不銹鋼電極做陽(yáng)極和陰極，活性炭為顆粒電極，處理上海某印染廠廢水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在廢水量為500 mL時(shí)，加入13 g活性炭，電流密度為0.028 A/cm2，極板間距為6 cm，pH為3，電解時(shí)間為10 min 時(shí)，其處理效果最好，CODCr的去除率可達(dá)到71.1%。姚元正等人根據(jù)電化學(xué)原理，采用內(nèi)電解法，利用鐵屑與活性炭的共同作用來處理天津合成洗滌劑廠的實(shí)際廢水，并以不同濃度的ABS模擬廢水通過同一處理柱，比較脫除率，并和不含活性炭處理柱所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于污染物含量較高的合成洗滌劑廠實(shí)際廢水，內(nèi)電解法（含活性炭的鐵屑處理柱）具有較好的處理效果，可以達(dá)到國(guó)家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)，脫色率最高為80.5%。電化學(xué)法具有很高的靈活性，既可作為單獨(dú)處理工藝使用，又可以與其他工藝相結(jié)合，但耗能過高不符合經(jīng)濟(jì)環(huán)保的理念，不適用于中小型企業(yè)。

2 結(jié) 論

活性炭法處理印染污水是近些年來國(guó)內(nèi)外專家研究的重要課題，本文對(duì)近些年來一些專家的研究作了簡(jiǎn)單概述。筆者建議今后需要圍繞以下幾個(gè)方面開展工作：活性炭處理后的再生及再生活性、活性炭制備過程中高端設(shè)備改進(jìn)、印染廢水處理中的能耗、活性炭的制作成本，以及處理過程中的環(huán)境影響因素等等。目前國(guó)內(nèi)對(duì)活性炭處理印染廢水的技術(shù)大多還處在實(shí)驗(yàn)室研究階段，若想實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用還需要進(jìn)一步的研究，因此，印染廢水的活性炭處理技術(shù)還需要完善和提高。

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