焦化尾水處理方法

焦化廢水是工業(yè)廢水中較難降解的廢水之一。在國內(nèi)，焦化廢水處理多采用生化法，其處理后的出水COD 仍高于150 mg/L，有的甚至高達500 mg/L以上，遠不能達標排放。經(jīng)生化處理后的焦化廢水稱為焦化尾水，其有機污染物除了殘余的烷烴外，還含有許多烯烴、羥基、酰胺基、磺酰胺基和硝基等生色團，并且還含有—NH2、—NHR、—NR2、—OR、—OH、—SH 等助色團，致使焦化尾水色度仍然很高。焦化尾水B/C 較低，不適宜再采用生化法處理。通過試驗表明：用活性炭吸附處理焦化尾水，不但可以有效去除COD，還可以起到良好的脫色、除臭效果。

1 試驗部分
 
1.1 試驗水質(zhì)
 
試驗所用廢水來自某鋼廠焦化尾水，其COD 在150~200 mg/L 之間，略帶棕黃色，色度在20 倍左右，有刺激性氣味。

1.2 試驗步驟
 
取200 mL 廢水置于250 mL 燒杯中，先用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)該廢水的pH 至指定值，再將燒杯置于恒溫水浴鍋內(nèi)，調(diào)節(jié)水浴鍋溫度至指定值； 待燒杯中廢水溫度穩(wěn)定后，加入一定劑量的粉末活性炭； 用電磁攪拌器對廢水進行攪拌，攪拌一定時間后，測定廢水COD 和色度。

1.3 分析方法
 
pH：pHS-25 型酸度計；COD： 重鉻酸鉀法；色度：稀釋倍數(shù)法。

2 試驗結果與討論
 
2.1 吸附劑的選擇
 
對原始吸附劑焦炭（江蘇沙鋼集團）、顆�；钚蕴浚ê幽习劭苹钚蕴繌S）、粉末活性炭（河南佰科活性炭廠）進行改性處理并與未改性時的吸附效果作對比，試驗數(shù)據(jù)見表 1。

原始吸附劑選用焦炭和活性炭。焦炭是煉鐵工業(yè)常采用的還原劑，進行吸附處理后的焦炭仍可用于煉鐵而不影響其還原效果，可以實現(xiàn)資源綜合利用；而活性炭具有無數(shù)細小孔隙結構，比表面積大，具有很好的物理吸附以及化學吸附效果，已得到廣泛的應用。

由于焦炭和活性炭都是炭質(zhì)吸附劑，故焦炭的改性也仿照活性炭改性進行。對焦炭和活性炭采用的改性方法主要包括：表面氧化改性、酸堿改性。表面氧化改性主要是用強氧化劑在適當?shù)臏囟认聦�活性炭表面進行氧化處理，從而提高其表面的含氧酸性基團的含量、增強表面的極性、降低零電點pH，而表面極性較強的活性炭易吸附極性物質(zhì)。

酸堿改性是利用酸、堿等物質(zhì)處理活性炭，使活性炭表面官能團發(fā)生改變，改善其對金屬離子的吸附能力，根據(jù)實際情況調(diào)整活性炭表面的官能團，從而達到所需的吸附效果。經(jīng)過酸堿改性，不但可以增加含氧酸性官能團，還可以得到適宜的表面pH，從而獲得高吸附量和吸附速度。

由表 1 可知，經(jīng)過表面氧化改性后的焦炭和活性炭吸附效果有所下降，而經(jīng)過酸堿改性和碳酸鈉改性的焦炭吸附效果優(yōu)于原始焦炭吸附效果。分析原因可能是吸附劑對于焦化尾水有機物的吸附多是物理吸附而不是化學吸附，且有機物可能多是極性低或無極性有機物，而且經(jīng)過表面氧化改性后吸附劑孔塌陷造成的孔容積減少也可能是導致吸附劑吸附能力降低的原因之一。故最終選擇原始粉末活性炭作為焦化尾水的吸附劑進行靜態(tài)吸附試驗。

2.2 不同pH 對COD 和色度去除效果的影響
 
采用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)廢水pH 分別為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，向不同pH 的焦化尾水中各投加200 mg/L 的粉末活性炭，15 ℃攪拌靜態(tài)吸附45 min，粉末活性炭對焦化尾水COD 和色度的去除效果如圖 1 所示。

 活性炭的吸附性能受pH 的影響，當pH 較低的時候，溶液中的大量H+會和活性炭表面的—OH 等結合，即活性炭的活性中心會和H+結合，使有機物沒有被充分吸附；隨著pH 的升高，在活性炭表面吸附的H+會發(fā)生離解，使活性炭的活性中心暴露，便可以吸附更多的有機物；當溶液pH 再繼續(xù)升高，溶液中的OH-會和吸附質(zhì)發(fā)生競爭吸附，故又會使有機物的吸附效果受到限制。由圖 1 可知，粉末活性炭對焦化尾水COD 和色度的去除在酸性條件下效果較好，在pH≈3 的時候去除效果達到最佳值，最佳COD 去除率為42.9%，最佳脫色率為92.7%，而在強酸性、中性及強堿性條件下去除效果不佳。故確定最佳pH=3。

2.3 不同活性炭用量對COD 和色度去除效果的影響
 
向初始pH=3 的焦化尾水中分別投加0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.5 g/L 的粉末活性炭，15 ℃攪拌靜態(tài)吸附45 min，粉末活性炭對焦化尾水COD和色度的去除效果如圖 2 所示。

 在COD 和色度一定的前提下，隨著活性炭投加量的增加，可供吸附的吸附點位增加，使得吸附劑上被吸附的吸附質(zhì)總量增加，當達到吸附平衡，再繼續(xù)增加活性炭投加量，COD 和色度的去除率便不再增加。由圖 2 可知，隨著活性炭劑量的增加對于COD和色度的去除率逐漸增加，當粉末活性炭投加質(zhì)量濃度為1.0 g/L 時，COD 去除率達到最佳值43.7%，脫色率達到最佳值91.2%。故確定最佳活性炭投加質(zhì)量濃度為1.0 g/L。

2.4 不同吸附時間對COD 和色度去除效果的影響
 
向初始pH=3 的焦化尾水中投加1.0 g/L 的粉末活性炭，15 ℃攪拌分別靜態(tài)吸附5、10、15、20、25、30、40 、50、60 min，粉末活性炭對焦化尾水COD 和色度的去除效果如圖 3 所示。

 在活性炭吸附初期，由于COD 和色度較高，濃度梯度大，使得活性炭具有較快的吸附速率，隨著吸附的進行，溶液與吸附劑之間的有機物濃度梯度逐漸減少，使得吸附推動力也隨之減少，導致吸附速度減緩；另一方面，初始吸附的時候有機物主要被活性炭吸附在表面上，隨著吸附反應的進行，被吸附的有機物逐漸向活性炭內(nèi)部孔隙過渡，吸附量逐漸增加，直至吸附達到平衡。由圖 3 可知，在吸附初始的5~10 min，有機物被活性炭迅速吸附，到吸附至40 min，基本達到吸附平衡，在此條件下，COD 最佳去除率為45.2%，最佳脫色率為91.1%。綜合考慮COD 去除率和脫色率，確定最佳吸附時間為40 min。2.5 不同吸附溫度對COD 和色度去除效果的影響向初始pH=3 的焦化尾水中投加1.0 g/L 的粉末活性炭，分別于15、20、30 、40、50、60 ℃攪拌靜態(tài)吸附40 min，粉末活性炭對焦化尾水COD 和色度的去除效果如圖 4 所示。

 活性炭的吸附過程是放熱過程，低溫有利于吸附過程的發(fā)生。溫度升高對吸附的影響主要體現(xiàn)在兩方面：一方面，溫度升高使得水的黏度降低，在相同的攪拌強度下，吸附劑與吸附質(zhì)能充分接觸，同時溫度升高也能促進吸附質(zhì)向活性炭內(nèi)部微孔的擴散從而增加吸附作用；另一方面，溫度升高也能加快分子熱運動，使吸附質(zhì)分子振動能增加，加快活性炭的脫附作用。由圖 4 可知，在15~60 ℃，在溫度的雙重作用下，活性炭的吸附作用發(fā)生震蕩，但從總的趨勢看，溫度對COD 和色度的去除影響不大。綜合考慮活性炭對COD 和色度的去除效果，確定最佳吸附溫度為30 ℃，在最佳吸附溫度下，COD 去除率53.1%，脫色率為99.6%。具體參見http://www.yiban123.com更多相關技術文檔。

3 結論
 
（1）對焦化尾水進行物理吸附靜態(tài)試驗，最佳吸附操作條件為pH=3，活性炭投加質(zhì)量濃度為1.0 g/L，吸附時間為40 min，吸附溫度為30 ℃，在最佳操作條件下，COD 去除率為53.1%，脫色率為99.6%。

（2）焦化尾水經(jīng)過活性炭吸附后，水質(zhì)可達到《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準》（GB 13456—1992）一級標準。