维普资讯 http://www.cqvip.com 活性炭纤维处理含镉废水的研究 吴艳林 ：… …… 。。： ｉ研究报告ｉ ：ｏ…ｏ…．ｏｏ…．ｏｏ： 活性炭纤维处理含镉废水的研究 吴 艳 林 （上海市青浦区环境保护科研所摘要上海２０１７００） 采用活性炭纤维（ＡＣＦ）对含镉模拟废水进行了静态和动态吸附研究，测定了静态吸附等温线和动态穿透曲线，并研究了ＰＨ 值、吸附平衡时间对处理效果的影响，采用浓度为０，０３ｍｏｌ／Ｌ的ＨＣＬ溶液作解吸液回收Ｃｄ 的综合效果较好，静态法的吸附率和解吸率分 别略高于动态法的吸附率和解吸率，但动态法耗时短，更符合工业化要求。 关键词：活性炭纤维含镉废水吸附解吸 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｃｔｉｖｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒＩＡＣＦ）ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃａｄｉｕｍ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｏｔｈｅｒｓｍ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｃｕｒｖｅ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｆａｃｔｏｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｐＨ ａｎｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｕｓｉｎｇ ０．０３ｍｏｌ／Ｌ ｏｆ ＨＣＬ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ ｃａｄｉｕｍ ｈａｓ ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ ｅｆｆｅｃｔ．Ａｈｈｏｇｈ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｔｈｏｄ。ｔｈｅ ｌａｔｔｅｒ ｎｅｅｄｓ ｌｅｓｓ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＣＦ ｃａｄｉｕｍ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ １ 前言 本文以ＡＣＦ为吸附剂，考察了ＡＣＦ对水溶液中镉 工业上镉的应用非常广泛，其中９０％的镉用于 的吸附和解吸行为。电镀、颜料、塑料稳定剂、合金及电池等行业，其余 ２ 实施方法 １０％用于电视、电脑等显像管荧光粉、高尔夫球场杀 以含镉水溶液为模拟废水，分别进行静态吸附、 菌剂、橡胶改良剂和原子核反应堆保护层及控制棒 动态吸附研究和吸附剂的解吸研究，镉的测试方法 的制造等。含镉废水的潜在来源有金属矿山的采 采用双硫腙萃取比色分光光度法。 选、冶炼、电解、农药、油漆、合金、陶瓷与无机颜料制 ２．１吸附等温线 造、电镀、纺织印染、矿山排水等。镉能与生物体含 准确称取不同质量ＡＣＦ分别置于２５０ｍＬ碘量 巯基、羟基及氨基的蛋白质分子结合，从而抑制一些 瓶中，加入质量浓度为２５ｍｇ／Ｌ镉溶液１００ｍＬ，在康 酶系统的活性，此外，镉与巯基的亲合力比锌大，故 氏振荡器上振摇足够的时间后分离，取上清液测定 可取代机体内的含锌酶中的锌，使其失去功能，镉对 其镉的平衡浓度，确定平衡吸附量。 人体产生的毒性效应主要表现为肺障碍病变和肾功 ２．２静态吸附和解吸试验 能不良，还可以通过器官组织中的积蓄引起骨痛病。 取浓度为２５ｍｇ／Ｌ镉溶液１００ｍＬ于２５０ｍＬ碘 因此，含镉废水的处理一直是水处理中倍受关注的。 量瓶中，加入０．５ｇＡＣＦ吸附剂，调ｐＨ至一定范围， 水处理技术应尽量首先考虑兼顾资源回收利用 于康氏振荡器振摇４２分钟，而后用双硫腙萃取比色 与废水处理达标排放的技术。传统的吸附法是一种 分光光度法测定水溶液中残余Ｃｄ 的浓度，计算吸 操作简便、可实现废水中有用资源回收利用，对高、 附剂的吸附率和吸附容量。然后用１００ｍＬ不同浓 低浓度废水均适用的物理化学方法。 度的ＨＣＬ溶液在常温下对吸附剂进行解吸４２分 活性炭纤维（ＡＣＦ）是２０世纪６０年代随碳纤维 钟，并测定解吸液中Ｃｄ 的浓度，计算出镉的解吸 工业的发展而逐步发展起来的高技术产品，作为一 率。 种高效吸附剂与粒状和粉状的活性炭相比。具有其 ２．３动态吸附和解吸试验 独特的优点：（１）活性炭纤维外表面积大，且孔口多， 把２０ｍｇ／Ｌ含镉溶液，以１０ｍＬ／ｍｉｎ的流速由 容易吸附和脱附；（２）活性炭纤维孔径分布窄，有效 吸附柱的顶端流人ＡＣＦ吸附柱，吸附柱内径为 吸附孔多，吸附容量大；（３）活性炭纤维吸附行程短。 ２０ｍｍ，高为２００ｍｍ。测定吸附后出水中镉的浓度， 一１ Ｓ一 维普资讯 http://www.cqvip.com 辽宁城乡环境科技 第２２卷 第５期２００２年１０月 ｌｌ一 计算吸附剂的吸附率，吸附饱和后，再用１００ｍＬ不 ３．１．２吸附影响因素 Ｌ Ｌ Ｌ Ｏ Ｏ ∞ ｍ ∞ ｓ： ∞ 量 同浓度的盐酸进行解吸，测定解吸液中Ｃｄ 的浓 （１）吸附平衡时间的影响。取１００ｍｌ含镉水溶 度，计算出镉的解吸率。 液，加０．５ｇＡＣＦ，在室温下于康氏振荡器上振摇，于 ３结果与讨论 不同时间下，测定溶液中镉的浓度，结果如图２所 ３．１静态吸附和解吸实验 示。 ３．１．１ 活性炭纤维对镉的吸附等温线 测定条件为镉的原始浓度为２５ｍｇ／Ｌ，体积为 １００ｍＬ，室温下吸附４２ｍｉｎ。 表１吸附等温线 ∞．ｏｏ ∞．∞ 印舯 ．．崎羞鼙 吸附时间／ｍｉｎ ∞ ∞ ∞ ∞ 柏 图２吸附时间对吸附效率的影响 ｍ 舯 舯 肿 由图２可知，吸附时间为４２ｍｉ舶 ｎ，吸附效率已达 ９１．５％，吸附时间继续增加，其吸附效率已无多大变 化。 以ｌｏｇｑｅ为纵坐标，ｌｏｇＣｅ为横坐标，结果如图１ （２）ｐＨ值影响。取１００ｍＬ质量浓度为２５ｍｇ／Ｌ 所示。 镉溶液，用盐酸和氢氧化钠将溶液的ｐＨ值调至一 定的值后，加入０．５ｇＡＣＦ，在室温下分别振摇 ４２ｍｉｎ，测定镉的浓度，结果如图３所示。 ｓ０∞ ６ｏ Ｄｏ Ｏ∞ Ｉｏｇｃｅ ２∞ ４．ｏｏ ６ｏｏ 矗舶 １０肋 图１吸附等温线 通过最小二乘法回归呈直线即： ｐＨ ｌｏｇ ｑｅ＝０．３１６５＋０．８３４０１ｏｇＣｅ（相关系数：ｒ＝０．９９５） 图３ ｐＨ对吸附效率的影响 进而可以获得ＡＣＦ吸附镉的Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温式为： 由图３可知，ｐＨ对吸附效率有较大的影响，在 ｑ ｅ＝６．８１３Ｃ。・ 强酸性条件下，吸附率较低，ｐＨ增加，吸附率也随之 结果表明，ＡＣＦ对镉的吸附性能优良，镉平衡质量 增加，当ｐＨ＝８时吸附率达９０％，ｐＨ继续增加收吸 浓度在１．４～１５．０ｍｇ／Ｌ范围内，吸附容量在７．５８ 附率已无多大变化。 ～１６．２ｍｇ／ｇ，１／ｎ＝０．３２３（ｉｎ通常在０．１～０．５之 ３．１．３静态解吸实验 间）说明ＡＣＦ对镉的吸附比较容易进行。 于５个碘量瓶中分别加入ｌＯＯｍＬ ２５ｍｇ／Ｌ的 一１ ６— 维普资讯 http://www.cqvip.com 活性炭纤维处理含镉废水的研究 吴艳林 镉溶液，然后分别加入０．５ｇ活性炭于康氏振荡器上 溶液以流量为１０ｍＬ／ｍｉｎ的降流方式进入吸附柱， 振荡４２ｍｉｎ，干过滤，并将滤纸放人相应的碘量瓶 于不同时间下测定吸附柱出水中的镉浓度。绘制穿 中，然后分别加入０．０１，０．０２，０．０３，０．０５。０．０８， 透曲线如图５所示，穿透曲线中穿透点所对应的浓 ０．１ｍｏｌ／Ｌ的盐酸１００ｍｌ，于康氏振荡器上振荡 度为Ｃａ：０．０５ＣＯ，吸附终点所对应的浓度Ｃｂ＝ ４２ｍｉｎ，然后过滤，再测定滤液中镉浓度。测定结果 ０．９５Ｃｏ，ＣＯ为镉的初始浓度。 如图４。 ９０．ｏｏ ８Ｏ ｏｏ 萎 鐾 埒 晤 Ｅ ： Ｏ．００ ４０．ＯＯ ８ｏ ００ ｌ２ｏｏ０ ．ｌ∞．ＯＯ ．． ０．００ ０．Ｏ４ Ｏ．ｏ。 器 时间／ｍｉｎ ∞ ∞ ∞ ∞ 砘 ＨＣＬ浓厦（ｔｏｏｌ／Ｌ） 图５穿透曲线 图４静态解吸 由图５可知吸附柱的穿透点Ｔａ＝３０ｍｉｎ，吸附 ｎ。 由图４可知解吸时用０．０３ｍＬ／ＬＨＣＬ解吸率可 终点Ｔｂ＝１２０ｍｉ达８３．２％，浓度继续增大，解吸率略有降低，但没有 ３．２．２动态解吸实验 对于饱和吸附的柱子分别用０．０１，０．０２，０．０３， 明显的变趋势。 ３．２动态吸附和解吸实验 ３．２．１动态吸附实验 ０．０５，０．０８，０．１ｌｍｏｌ／Ｌ的盐酸进行动态解吸，并分 别测定解吸液中镉的浓度，计算解吸率。 ｌ００．ｏ０ （１）吸附柱高径比对吸附的影响 在吸附柱上不同高径比处设置取样点，流量Ｑ ＝ｉ０ｍＬ／ｍｉｎ，使接触时间保持在约２０ｍｉｎ左右，于 不同高径比处取样分析，结果如表２所示。 表２高径比对吸附效果的影响 ０．００ ０．０４ ０ ０８ 理论上分析高径比越大，流量Ｑ越小，则吸附 达终点时，单位质量ＡＦ吸附量越高，处理水量越 ＨＣＬ浓厦ｆｔｏｏｌ／Ｌ） 图６动态解吸 大，吸附效果越好，从表中数据分析可知高径比为 ６：１时吸附率已达８６．５％，高径比增加吸附率变化 不大，出于ＡＣＦ用量及处理时间考虑，本实验采用 的高径比为６：１。 （２）穿透曲线的测定 在高径比为６：１下，让镉浓度为２０ｍｇ／Ｌ的水 由图６可知，动态解吸时用０．０３ｍｏｌ／Ｌ ＨＣ１解 吸率可达８１．５％，ＨＣ１浓度继续增大，解吸率略有 降低，但没有明显的变化趋势，总体上动态解吸率略 低于静态解吸率，这可能与解吸时间的长短有关，但 相对来说，动态解吸耗时短，更符合工业化要求。 ４实际工业废水的吸附处理 （下转３４页） 一１７一 维普资讯 http://www.cqvip.com 辽宁城乡环境科技 第２２卷 第５期２００２年１０月 ３．２．２由Ａ／Ｏ法和混凝沉降法处理城市污水 所增加，可能主要是由于活性污泥具有转化作用，将 的原水、出水的ＢＯＤ５、ＣＯＤｃ 、ＳＳ、ＴＰ、ＴＮ的测定结 一部分烃类和醇类有机物转化为酯类和有机酸类有 果可见，ＣＯＤ 的去除率分别为８２．７％和７９．８％。 机物并吸附在污泥上所至。 说明经两种方法处理后，原水中的有机物转移到污 因此，在Ａ／Ｏ工艺处理城市污水中，活性污泥 泥上的量分别为８２．７％和７９．８％。 对有机物的去除是以吸附作用和催化转化作用为 由表１的结果可见，活性污泥样品中的胆甾类 主，降解作用是次要的。 有机物含量（９．４％）小于混凝沉降污泥样品中胆甾 综上所述，在Ａ／Ｏ工艺处理城市污水所产生的 类有机物的含量（２８％），胆甾类有机物的种类（３ 固体废弃物一活性污泥中，不但吸附着来自污水中 种）也小于混凝沉降污泥样品中胆甾类有机物的种 的大量的有机物和吸附着通过活性污泥催化转化所 类（７种），可能是由于活性污泥的降解作用将一部 产生的有机物，而且，还存在着大量的各种菌体和病 分胆甾类有机物降解所至。 原体。因此，将活性污泥直接填埋或经过简单的处 活性污泥样品中烷烃类有机物的含量（０．９％）， 理后利用，仍然会对环境造成直接和间接的污染。 小于混凝沉降样品中有机物的含量（１７．９％），而活 应当对活性污泥进行适当的处理，并制订相应的法 性污泥样品中酯类有机物含量（３０．５％）和有机酸类 规和标准，经有关部门检测后，监督排放，避免使Ａ／ 有机物含量（４８．８％）分别大于混凝沉降污泥样品中 Ｏ工艺所排放的活性污泥成为比原污泥更具有污染 酯类（６．３％）和有机酸类（３５．３％）有机物的含量，并 性的二次污染物。 且，活性污泥样品中酯类有机物在种类和数量上有 （上接１７页） 处理废水来自于抚州摩托车配件厂的电镀废 液解吸得到再生。 水，电镀废水中镉的浓度为８．５０ｍｇ／Ｌ，吸附试验在 （５）静态法的吸附率和解吸率分别略高于动态 柱长２００ｍｍ，内径２０ｍｍ吸附柱进行，进水２５００ｍｌ， 法的吸附率和解吸率，但动态法耗时短，更 出水２４５０ｍｌ，镉浓度为０．０８６ｍｇ／Ｌ，低于国家污水 符合工业化要求。 综合排放一级标准所允许的最高浓度０．１ｍｇ／Ｌ。 ５ 结论 参考文献 （１）ＡＣＦ吸附剂吸附镉的静态等温吸附符合 １姜军清等．工业水处理，２００１，２１（３）：２０～２２ ２刘明华等．化工环保。２００１，２１（１）：１～５ Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温式，吸附性能优良。 ３陈立丰．水处理技术。１９９２。１８（３）：２０５～２１０ （２）ＡＣＦ吸附镉４２分钟后就达吸附平衡。 ４徐志达等．工业水处理．１９９８。１８（２）：１～３ （３）ｐＨ对吸附效率有较大的影响，在强酸条件 ５祁鲁梁等．水处理药剂及材料实用手册，北京：中国石化出版 下，吸附率较低，ｐＨ增加，吸附率也随之增 社．２０００，５９１～６０８ 加，当ｐＨ大于８时吸附率稳定在９０％左 ６张自杰等．排水工程。北京：中国建筑工业出版社，２０００，５３８ ～５５５ 右。 ７汪大翠等．工业废水中专项污染物处理手册．北京：化学工 （４）吸附饱和后的ＡＣＦ，可用０．０３ｍｏｌ／１ ＨＣ１溶 业出版社２０００，１４～２４ ・－－——３４・－－——
