活性炭吸附煤氣化廢水的性能

　　現(xiàn)代煤化工大多數(shù)位于水資源匱乏的干旱半干旱地區(qū)。通過對廢水進(jìn)行合理的處理，回用甚至零排放來實(shí)現(xiàn)資源的利用，解決了該行業(yè)的水資源問題，實(shí)現(xiàn)了該行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。零排放廢水技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用正在逐步擴(kuò)大，但也面臨著結(jié)晶鹽處理的問題，特別是結(jié)晶鹽中有機(jī)物含量高，無法再利用。原因與原水的質(zhì)量和預(yù)處理過程有關(guān)。煤氣化是現(xiàn)代煤化工的典型代表。取決于氣化技術(shù)，廢水的水質(zhì)和水量變化很大。其中，煤氣化廢水中酚，烷烴和雜環(huán)有機(jī)物的含量較高，苯酚的相對含量高達(dá)57.86%，化學(xué)需氧量濃度較高。必須對這類廢水進(jìn)行有效處理，排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，甚至排放的液體為零，以促進(jìn)現(xiàn)代煤化工的綠色可持續(xù)發(fā)展。

　　煤氣化廢水與焦化廢水相似，后者是含苯酚的廢水，其中含有吲哚，喹啉和其他稠環(huán)有機(jī)污染物。這些物質(zhì)雖然含量不大，但毒性作用較大，化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高，生物降解性較差，無法實(shí)現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)的開環(huán)和斷鏈，不能滿足厭氧，好氧常規(guī)工藝的加工要求。為了保證出水水質(zhì)，各種強(qiáng)化處理方法已逐漸成為煤氣化廢水處理技術(shù)的研究熱點(diǎn)。經(jīng)過長期研究和使用多種材料，制備了用于煤氣化廢水的秸稈基活性炭負(fù)載金屬鐵氧化物臭氧催化劑。隨著產(chǎn)生更多的羥基自由基，有效去除了COD，氰化物和苯酚。分別提高了55.5、46.5和85.5%的處理廢水的生物降解性，并降低了毒性。使用MBR膜生物反應(yīng)器結(jié)合活性炭增強(qiáng)系統(tǒng)來處理煤氣化廢水。

　　模擬活性炭典型有機(jī)污染物的靜態(tài)吸附

　　基于活性炭出色的吸附性能，研究了活性炭對典型污染物苯酚，吲哚和喹啉在煤氣化廢水中的吸附性能，并分析了其在單基質(zhì)和共基質(zhì)條件下的吸附性能。根據(jù)吲哚和喹啉的紫外吸收光譜特性，測量波長分別為270nm和277nm。稱取0.500g苯酚，吲哚和喹啉，并帶有分析天平，然后將它們?nèi)苡?L容量瓶中，制成濃度為500mg/L的儲備液。將儲備溶液制備為7種不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，包括0mg/L，10mg/L，20mg/L，25mg/L，30mg/L，40mg/L，50mg/L，并在256nm，270nm，277nm波長下運(yùn)行測量吸光度并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

　　圖1：吲哚的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

　　共底物的吸附測試

　　在混合共底物條件下進(jìn)行有機(jī)物吸附試驗(yàn)，苯酚，吲哚和喹啉的濃度均為50mg/L，污染物的總濃度為150mg/L。根據(jù)靜態(tài)吸附方法，共底物的吸附溫度為25℃，活性炭用量為10g/L，5g/L，2.86g/L(水炭比350：1)，1g/L。單基材靜態(tài)吸附測試。

　　圖2：喹啉標(biāo)準(zhǔn)曲線。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，在混合基質(zhì)條件下，三種有機(jī)物的吸附率均低于單一有機(jī)物基質(zhì)的吸附率，表明三種有機(jī)物具有競爭性吸附，三種有機(jī)物的競爭順序是苯酚>吲哚>喹啉。活性炭中的表面官能團(tuán)可以與苯酚結(jié)合，芳環(huán)形成鍵，吸附能力強(qiáng)。吲哚是弱芳香族的，對活性炭具有更大的親和力，并且在吸附方面更穩(wěn)定。研究了活性炭對苯酚和吲哚混合物的吸附，表明苯酚比吲哚更容易吸附。在低濃度的苯酚存在下，由于活性炭的表面，由于活性炭的特性，活性炭對吲哚的吸附能力更高，對吲哚(一種難于生物降解的雜環(huán)化合物)的吸附能力更強(qiáng)。綜合分析表明，活性炭對苯酚和吲哚具有很強(qiáng)的吸附選擇性。

　　活性炭對煤氣化廢水的吸附分析

　　本次使用的活性炭具有大量的中孔，其孔徑與煤氣化廢水中目標(biāo)污染物的分子直徑匹配，有利于吸附。活性炭吸附后，COD和色度降低，水質(zhì)得到明顯改善。根據(jù)競爭性吸附的特點(diǎn)，對特征酚和吲哚的選擇性吸附能力較強(qiáng)，這與吸附位的競爭和孔堵塞理論有關(guān)。從系統(tǒng)的平衡濃度和吸附容量的角度來看，活性炭在三種物質(zhì)的吸附孔徑和位點(diǎn)上具有不同的優(yōu)勢。苯酚的吸附分析在單一基質(zhì)和共基質(zhì)條件下，吲哚和喹啉顯示出活性炭具有不同的吸附孔尺寸和吲哚位置。吲哚的選擇性吸附能力較強(qiáng)。

　　活性炭吸附煤氣化廢水，在相同的初始濃度和單一底物條件下，苯酚，吲哚和喹啉的平衡濃度將隨著劑量的增加而逐漸降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在三種有機(jī)物中，活性炭對苯酚的吸附能力最強(qiáng)，而對喹啉的吸附能力卻相對較低。在混合基質(zhì)條件下，活性炭對苯酚和吲哚具有很強(qiáng)的吸附選擇性。

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