活性炭吸附處理高COD染色廢水

　　現(xiàn)代紡織印染行業(yè)常用的染料種類(lèi)繁多。有不同類(lèi)型的染料，例如酸性染料、活性染料和分散染料，分別用于動(dòng)物、植物和人造纖維的染色。染料的化學(xué)性質(zhì)差異很大，一些染料及其衍生物對(duì)環(huán)境危害很大。染色過(guò)程中廣泛采用的節(jié)水策略經(jīng)常由于化學(xué)需氧量(COD)過(guò)載而導(dǎo)致工廠的生物廢水處理裝置失效。為了處理這個(gè)問(wèn)題，研究了一種可再生的吸附-氧化工藝來(lái)處理COD，主要使用高度納米孔活性炭作為COD吸附劑。

　　本研究提出分兩步處理高COD染色廢水：一是用活性炭吸附染料，二是用高劑量過(guò)氧化氫處理吸附的染料。由于COD飽和活性炭的水較少，過(guò)氧化量可以顯著減少。此外，精確的過(guò)氧化物劑量可以去除活性炭表面吸附的COD，同時(shí)對(duì)活性炭結(jié)構(gòu)的破壞最小，從而可以重復(fù)使用再生活性炭。為了測(cè)試所提出的可再生吸附-氧化處理的適用性，收集了高COD進(jìn)水并用于檢查活性炭的性能，以及pH和溫度的操作吸附條件。

　　活性炭吸附COD染色廢水

　　對(duì)于活性炭吸附，使用0.1至5g活性炭從60mL染色廢水中去除的COD百分比如圖1A所示。活性炭量越大從廢水中去除的COD越多。使用5克活性炭，COD去除率達(dá)到60%以上，并且可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)更高的去除率，因?yàn)榛钚蕴坎粫?huì)吸附纖維碎片或染色化學(xué)品團(tuán)塊等較大的顆粒。圖1B顯示了COD濃度(Ce)與吸附容量(qe)與Ce的關(guān)系圖。由于線(xiàn)性關(guān)系符合Langmuir等溫線(xiàn)，因此相應(yīng)的大吸附容量(qmax)，等于擬合線(xiàn)斜率值的1，等于0.165。0.9992的高R2值表明所采用的Langmuir模型具有良好的擬合度。這些結(jié)果表明，使用活性炭去除測(cè)試60mL廢水中50%COD是可行的。COD減少50%將使微生物消耗活性污泥池中可緩慢生物降解的分散染料的水力停留時(shí)間大約增加一倍。

　　圖1:使用過(guò)的活性炭的吸附特性。(A)去除的COD百分比與用于吸附染色廢水COD的活性炭量的關(guān)系圖。(B)Ce/qe比率與Ce的關(guān)系圖。

　　活性炭的再生吸附效果

　　第一次活性炭再生的結(jié)果表明，再生活性炭比原始活性炭吸附了更多的染料(高達(dá)7%)。經(jīng)過(guò)連續(xù)吸附-氧化操作的結(jié)果表明，在四次吸附運(yùn)行中去除了52%的COD，持續(xù)實(shí)現(xiàn)了超過(guò)50%的COD(圖2)。通過(guò)與再生和非再生運(yùn)行(11個(gè)循環(huán))之間的累積COD吸附進(jìn)行比較，我們發(fā)現(xiàn)5g再生活性炭在再生情況下每個(gè)循環(huán)可以吸附0.3625g-COD。平均而言，活性炭在每個(gè)吸附步驟中的吸附容量(q)值等于0.0725g-COD/g-活性炭。根據(jù)之前的物質(zhì)平衡結(jié)果，吸附的COD可能被氧化，因此孔空位可以在下一個(gè)循環(huán)中再次用于吸收COD。

　　圖2：COD去除百分比與活性炭再生次數(shù)的關(guān)系圖。

　　染色廢水處理建議

　　根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)和當(dāng)前的紗線(xiàn)染色工藝，使用所提出的兩步處理系統(tǒng)處理來(lái)自常用的200L染浴的高COD染色廢水看起來(lái)適用，并提出了建議如圖3所示。據(jù)我們所知，目前運(yùn)營(yíng)的染色設(shè)施中沒(méi)有這種建議的設(shè)置。設(shè)計(jì)容積(即200L)足以容納一批染缸出水，使高COD廢水可直接進(jìn)入擬建裝置的吸附和再生。根據(jù)結(jié)果​​，去除50-60%的COD將大大減少回流到平衡罐的COD，從而避免現(xiàn)有廠內(nèi)生物處理單元的過(guò)載情況。為了運(yùn)行所提議的裝置，首先，將來(lái)自染色池的一定量的高COD廢水引導(dǎo)至充滿(mǎn)指定活性炭的反應(yīng)單元(如果處理120L廢水，則為20kg)進(jìn)行24小時(shí)吸附。由于結(jié)果表明染浴出水COD在酸性pH值下吸附更多，二是對(duì)處理后的廢水進(jìn)行篩分，24小時(shí)后排至其廢水處理設(shè)施的頭部(即平衡池)。第三，分別串聯(lián)添加初始濃度為2.12mmol/dm3和2.5%的乙二胺四乙酸鐵鈉和過(guò)氧化氫，以啟動(dòng)活性炭再生1小時(shí)。從連續(xù)運(yùn)行來(lái)看，兩步法處理高COD染色廢水的應(yīng)用前景看好。然而，我們確實(shí)注意到該技術(shù)的當(dāng)前應(yīng)用可能僅限于染浴設(shè)計(jì)及其操作。染浴的高COD流出物發(fā)生在染色過(guò)程的第一次排放，但對(duì)于大多數(shù)可用的染浴操作，根據(jù)不同的COD濃度對(duì)每批流出物進(jìn)行分離是不適用的。一些染色裝置或染色工藝的改造被認(rèn)為是必要的。

　　圖3：直接處理來(lái)自200L的高COD染色廢水的兩步處理裝置的建議布局。

　　活性炭吸附處理高COD染色廢水，研究中使用5g活性炭從60mL分散的富含染料的廢水中吸附50-60%的COD。所用活性炭的吸附容量約為0.165g-COD/g-活性炭。在使用活性炭進(jìn)行COD吸附操作期間，無(wú)需調(diào)整pH或溫度。總體而言，使用活性炭吸附濃縮印染廢水的COD，其次是乙二胺四乙酸鐵鈉催化，飽和活性炭的過(guò)氧化物氧化處理可能是去除高COD染色廢水的有前景的替代方案，其氧化劑更少，COD處理效率更高。并且提出了一個(gè)按比例放大的200L吸附-再生裝置，并解決了其操作過(guò)程和潛在限制。

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