焦化生化尾水中有机污染物在活性炭上的吸附行为研究

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1、持久性有机污染物论坛2 01 1暨第六届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集焦化生化尾水 中有机污染物在活性炭上的吸附行为研究Adsor ptionofOr ganicCon tamina ntsinEmuen tf romCokingPlantbyActiva tedCarbo n陆朝阳, 2,姜笔存,李爱民(,南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京,2 10093;2江苏南大金山环保科技有限公司,国家环境保护有机化工废水治理与资源化工程技术中心,南京,2 10 04 6;*联系人,E一mail:liai m in9 9vi P.sina.co m)(,sta teKey

2、 L比or a to卿orPo一 lutio neont rolandResou r ce助u se,sehoolof小eEn vir on ment,Na n jinguniversit y,Nan jing,2 10 0 9 3:Zsta teEn vir onmenta一介ote etio nEng in eering ee nter oro电a ni。e hem iea-IndustrialWa steWate rDisPosalandRe so ure esReu se,Nan jing,210 046)1.引言近年来,我国钢铁工业发展形势迅猛,炼钢用焦的生产规模不断扩大,但含有大量

3、难降解有机污染物的焦化废水 治理难度较大.随着炼焦工业污染物排放标准的征求意见,生化工艺出水己难以达到新标准的要求,因而必须通过焦化生化尾水的深度处理支撑钢铁行业的可持续发展。活性炭吸附被E PA认可为重要的生化尾水深度处 理技术之一。该技术操作简单、投资省,对生物系统难 以处理 的有机物具 有较好的处理效果,但由于活性炭再生困难导致运行成本较高等原 因,制约 了该技术 的推广。本文依据亲疏水性对焦化生化尾水中的有机物进行了分离,对不同组分在活性炭上 的吸 附行为和再 生性 能进行了研究。2.材料与方法2.1水样和试剂 实验废水来自某钢铁集团焦化厂污水车间二沉池出口,活性炭选用美国C a l

4、go n公司生产 的水处理常用颗粒炭F 40 0,组分分离用 的XDA系列树脂 由美国Do w公司生产,其他常规试剂(均 为分析纯)由南 京化学试剂公司提供。2 . 2实验方法和仪器实验水样中的亲水性组分(HP I )、疏水性碱(H PO一B)、过渡性碱(T PO一B)、疏水性酸(H PO一A)和过渡性酸(T PO一A)的分离、富集和保存,采用文献报导的X DA一8和X DA一4树脂柱吸 附和 脱附流程。吸附等温线、吸附动力学和再生性能实验均在29 3K的恒温摇床中进行,其中吸附等温线实 验时间为7 2h,吸附动力学和 再生性能实验 中的吸 附剂投加量均为水样重量的1 / 100 0,脱 附剂

5、选用与所吸附水样同等体积 的0 .5m o l几NaOH溶液,脱附时间为lh,脱附完成后用 与所吸附水样同等体积 的去离子水洗涤4次,每次洗涤时间为0 .5h。所有吸附量数据来 自于溶液TOC浓度的测定(日本岛津公司vC PH40 0型T O C仪),其他指标的测试均采用水和废水监测分析方法(第四版)推荐 的方法。3.结果与讨论3.1焦化生化尾水污染物构成研究 混凝沉淀前后的焦化 生化尾水水质如表1,5 5和色度有较好的处理效果,但氨氮、挥发酚等 污染物的去除率较低。同时,混凝出水的亲疏水性分级效果如 图1,其组分按量的多少排序为:亲水性物质疏水性酸过渡性酸疏水性碱过渡性碱。其 中亲水性物质占

6、到了7 0.1 4 %,2 7 8持久性有机污染物论坛201 1些第六届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集这正是混凝 对有机 物的去除效率较低 的主要 原因。此外,由于疏水 性碱和过渡性碱仅分别 占2.3 7% 和1.8 2%,因此本文主要针对亲 水性物 质、疏水性酸和过渡性酸 的吸附行为进 行研究。表1.混凝沉淀前后的焦化生化尾水水质(m酬L )指标C O OTO C5 5氨氮色度(倍)挥发酚混凝沉淀前10730.594 7.511.111500.0 86混凝沉淀 后8 325.044.310.98800.078去除率2 2.43%18.14%9 0.95%1.17%46.67%9.30%

7、图1.焦化生化尾水混凝出水亲疏水性分级情况图2.不同组分在F40 0上的吸附等温线(29 3K)3 2吸附量和吸附动力学研究 如图2所示,室温(29 3K)下F 40 0对三类物质 的吸附量和吸附速度均按下列顺序排列:过渡性酸疏水性酸亲水性物质。他们 的吸 附等温线基本符合Fr eu nd iic h 方程,n均大于1,为优惠吸附。在吸附动力学方面,侧Q。与T呈线性关系,说 明其动 力学 曲线基本遵循准二级速率方程(图 3 )。利用颗粒内扩散模型进行拟合(图4),其 曲线具有 明显 的三段特征,表明外扩散速度较快,而颗粒 内扩散占据主要 的速率控制地位。F 4 0 0对亲水性物质的吸 附能力最

8、弱,这是因为活性炭对有机物的主导性作用力为色散力、氢键等非静电作用力。同时,过渡性酸的吸 附量和吸附速度均优于疏水性酸,说 明极性过弱也不利于吸 附,这可能与F 40 0表面含有大量的亲水性含氧功能团有关:因为疏水性过强 的溶质越过这些功能 团周围水簇的难度大,从而难以到达微孔 中的吸附位点。3 .3再生性能研究在吸附焦化生化尾水 中不同组分时,F4 OO的吸附量随着吸附批次 的增加而不断下 降(图5)。这说明焦化尾水 中的物质一旦被吸附到孔道 中,就难以用碱液进行完全再生。将3种组分的吸 附量下降比例相比较(图6 ),亲水性物质的再生性 能显 著低于其余组分,在脱 附完1 0次后,其吸附量仅

9、相当于初始吸 附量 的2 2.8%(远低 于疏水性酸的4 1.6%和过渡性酸的3 9. 6%)。说 明亲水性物质 中含有较多不能用碱液脱附的物质,这显然是由碱液脱 附的机理(离子化)决定的。图3.吸附动力学曲线的准二级速率方程模拟图4.吸附动力学曲线的颗粒 内扩散模型模拟持久性有机污染物论坛20 11暨第六届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集_ _ _ 议圈_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _一一一.一HP I、诊一 - - - - -.一 H PO盛、,、,- -一一_、卜-确- - -一一一一丁PO_A 二_一一一、.一- - -.0 .l口夕一.、.一国孙.a6: a t

10、图5.不同批次的吸附量变化情况图6.不同批次吸附量 占原始吸附量的比例4.结论焦化生化尾水中主要成分为亲水性物质,其次为疏水性酸和过渡性酸,疏水性碱和过渡性碱含量极低。因为亲疏水性不 同,这些组分在活性炭上的吸附、脱 附性能有着较大 的差异。过渡性酸在活性炭上的吸附量和动力学性能最佳。亲水性物质既难以被活性炭吸 附,也难以用碱液进行脱附。该类物质的存在,使得利用活性炭对焦化生化尾水进行深度处理具有一定的局 限性。因此,尚需要 针对其特性开展进一步的技术研发。致谢本工作受国家杰出青年基金困。.50 825 802 )、国家自然科学重 点基金(NO.5093 800 4)江苏省基础研究 创 新攀登 学者研究项目(No.BK 20 lO00 6)、国 家“86 3”高技术研 究课题(N O .Zoog A A o6z3 1 5、sQ2009 A A06 X K1482 3 3 1)及 国家 自然科学青年基金(5100 5152)资助。