活性炭吸附处理实验室含 Cr(VI)废水的研究

李 冬,席晓晶

(洛阳理工学院环境工程与化学系,河南洛阳 471023)

活性炭吸附处理实验室含 Cr(VI)废水的研究

李 冬,席晓晶

(洛阳理工学院环境工程与化学系,河南洛阳 471023)

采用静态和动态吸附实验,探讨了溶液pH值、活性炭用量对Cr(V I)吸附的影响以及活性炭动态吸附含 Cr(V I)废水的效果及活性炭的再生。结果表明,利用活性炭处理实验室含 Cr(V I)废水,具有处理效果好、再生容易等特点。

活性炭;pH;吸附;含 Cr(V I)废水;研究

含铬废水被公认为是危害环境最严重的公害之一,总铬和六价铬被《污水综合排放标准》(GB8978-1996)指定为第一类污染物,规定了总铬的最高允许排放浓度为 1.5mg/L,六价铬的最高允许排放浓度为 0.5mg/L。

化学实验室也产生少量的含铬废水,如分析化学实验“重铬酸钾法测定铁矿石中铁的含量”、“六价铬的分光光度法测定”等。实验过程中产生两种含铬废水,一种含 Cr(III),一种含 Cr(V I),两种废水分别进行收集。含 Cr(III)废水可直接采用化学沉淀法处理,而含 Cr(V I)废水常用的方法有化学还原沉淀法、钡盐沉淀法、吸附法[1]等。其中化学还原沉淀法、钡盐沉淀法消耗化学药品较多,处理成本高;而吸附法在使用的吸附剂吸附达到饱和后,可以进行脱附再生,重复使用,从而降低处理成本,减少废渣排放,同时回收吸附质。故本研究采用活性炭来处理实验室含 Cr(V I)废水。

1 实验部分

1.1 主要仪器设备

101-3型干燥箱,SHZ-82型水浴恒温振荡器,UV-9100型紫外可见分光光度计,pHs-25A型 pH计等。

1.2 实验药品

实验用活性炭为分析纯粒状活性炭,初始粒度1.0～2.0mm,活性炭经研磨,过 100目筛后于200℃下活化 30min,冷却后置于干燥器内备用。

1.3 吸附实验

1.3.1 含铬 (V I)废水

含铬 (V I)废水取自化学实验室,废水中只含有 Cr(V I),即初始状态下,Cr(V I)浓度等于总铬浓度。用稀 H2SO4和NaOH溶液调整 pH值。1.3.2 吸附实验

静态吸附实验:称取一定量过筛后的活性炭加入到一定容积的含 Cr(V I)废水中,振荡吸附一段时间后过滤,然后用二苯碳酰二肼比色法测定吸附前后溶液中 Cr(V I)的浓度,计算其去除率。总铬测定采用高锰酸钾氧化 -二苯碳酰二肼比色法。

动态吸附实验:称取一定量的粒状活性炭装柱,让含 Cr(V I)废水从上而下流过活性炭,定量采样,测定 Cr(V I)和总铬的浓度。

2 结果与讨论

2.1 静态吸附

2.1.1 pH的影响

分别将 0.20g活性炭加入到 100ml含 Cr(V I)废水中,在 303K恒温的条件下振荡吸附 24h,在不同 pH值时 Cr(V I)及总铬的去除率及吸附前后pH值的变化见表 1。

表 1 pH值对活性炭吸附铬的影响

由表 1可知,在 pH值较高时 (pH值 ＞3.41),Cr(V I)和总铬的去除率基本一致,对 Cr(V I)的去除主要以吸附为主,几乎不发生还原作用,吸附后溶液中铬以 Cr(V I)的形式存在,吸附去除率随着 pH值的升高而下降,吸附后溶液pH值均接近于中性,说明在吸附过程中要消耗H+;在 pH值较低时 Cr(V I)和总铬的去除率相差较大,吸附和对 Cr(V I)的还原同时进行,pH值越低,还原作用越强,吸附后溶液中 Cr(V I)和 Cr(III)同时存在,吸附后溶液的 pH值仍较低,溶液呈酸性。

为了探讨活性炭对 Cr(V I)的吸附,后续实验含 Cr(V I)废水采用较高的 pH值。

2.1.2 用量的影响

称取不同质量的活性炭,在 303K恒温条件下对 50ml含铬废水进行吸附,振荡 24h,使吸附达到平衡,然后测定去除率。不同用量下 Cr(V I)的去除率见表 2。含 Cr(V I)废水 Cr(V I)浓度为 92.893mg/L,pH为 3.52。

表 2 用量对活性炭吸附铬的影响

将表 2实验所得平衡浓度 c(mg/L)和平衡吸附量 q(mg/g)作等温吸附线,如图 1所示。

吸附等温线形状呈反 S型。将图 1中前 4个数据用 Langmuir等温吸附方程拟合,结果为:

吸附数据很好地符合 Langmuir等温吸附方程,表明在吸附的前段 Cr(V I)在活性炭上的吸附属单分子层吸附 (化学吸附)[2]。而在吸附的后段随着平衡浓度的增大,吸附量也随着增大,表明出现了多分子层吸附[3]。图线中的拐点表明单分子层吸附到多分子层吸附的转变。

2.2 动态吸附

2.2.1 动态吸附

采用了 4种不同的吸附柱来进行动态吸附,含Cr(V I)废水 Cr(V I)浓度为 70.323mg/L,pH为 3.78。每柱共处理 2.0L废水,第 1d处理 1.0L废水,第 2d再处理 1.0L废水。吸附柱参数如下:

柱 1,内径 d=18mm,装入 20g活性炭,炭层厚 h=17cm,出水流量 3ml/min;

柱 2,内径 d=15mm,装入 20g活性炭,炭层厚 h=25.5cm,出水流量 3ml/min;

柱 3,内径 d=10.5mm,装入 20g活性炭,炭层厚 h=51cm,出水流量 1.5ml/min;

柱 4,内径 d=15mm,装入 40g活性炭,炭层厚 h=51cm,出水流量 3ml/min。

由图 2可知,在装炭量一定的情况下,随着柱子内径的缩小,炭层厚度的增加,其到达穿透点(六价铬浓度为 0.5mg/L)时处理的水量越多,柱1为 200ml,柱 2为 400ml,柱 3为 800ml;在炭层厚度一定时,装炭量越大,到达穿透点时处理的水量越多,柱 3为 800ml,柱 4为 1400ml;在第 1d处理完毕后,第 2d再处理废水时,最初的出水浓度有所下降,可能是在停止吸附期间内,吸附在表面的吸附质向活性炭内部扩散导致了表面孔隙恢复。

2.2.2 活性炭再生

对吸附了 Cr(V I)的柱 1进行再生实验。将吸附柱底部阀门关闭,用 0.5mol/L的 H2SO4加入到吸附柱中,对活性炭进行再生,浸泡 24h后打开阀门将溶液放出。操作两次,然后用水洗至出水呈中性,即为再生。将再生后的活性炭进行动态吸附,吸附曲线见图 3。含 Cr(V I)废水 Cr(V I)浓度为 70.323mg/L,pH为 3.78。

由图 3可知,再生后柱 1到达穿透点时处理的水量增加了,为 1800ml,与图 2中的柱 1相比,吸附能力大大增强了。原因应该是在再生过程中,活性炭吸附了再生液 H2SO4中的 H+,然后在后续的吸附过程中,吸附的 H+不停地参与到活性炭对Cr(V I)的吸附中,从而保证吸附在适当的 pH值下进行,吸附能力增加。故在吸附前若将活性炭预先酸化处理,将有利于对 Cr(V I)的吸附。

2.2.3 再生废液的处理

再生时,在强酸环境下活性炭吸附的 Cr(V I)被还原为 Cr(III),两次用 0.5mol/L H2SO4浸泡活性炭的废液收集后用 1mol/L的 NaOH调整 pH值为 6.5～7.5,生成 Cr(OH)3沉淀,过滤后 Cr(OH)3污泥妥善保存,滤液用来配制下次再生用H2SO4溶液。水洗后产生的废液中 Cr(III)浓度较低,也可用来配制 H2SO4溶液供下次再生用。

3 结论

(1)活性炭对 Cr(V I)的吸附与含 Cr(V I)废水初始 pH值有关。pH值过低,同时进行吸附和还原;适当的 pH值将使活性炭有效地吸附 Cr(V I)而不发生还原。

(2)在微酸性条件下,活性炭对 Cr(V I)的吸附等温线呈反 S型,表明吸附前段发生了 Langmuir吸附,而在吸附后段出现了多分子层吸附。

(3)活性炭吸附 Cr(V I)后,再生容易,且再生后可达到较理想的吸附效果,能够重复使用。

(4)活性炭能有效地处理实验室含 Cr(V I)废水。

[1]汪大翚,徐新华,宋爽 .工业废水中专项污染物处理手册[M],北京:化学工业出版社,2000.

[2]唐受印,戴友芝 .水处理工程师手册 [M].北京:化学工业出版社,2000.

[3]何余生,李忠,奚红霞,等 .气固吸附等温线的研究进展[J].离子交换与吸附,2004,20(4).

Research on Adsorption of Cr(Ⅵ)from laboratory wastewater on activated carbon

LI Dong,XI Xiao-jing
(Department of Environmental and Chemical Engineering of Luoyang Institute of Science and Technology,Luoyang Henan 471023 China)

The adsorption of Cr(Ⅵ)from laboratory waste water on activated carbon was investigated by the methods of static adsorption and dynamic adsorption.The influences of the solution pH,quantity of activated carbon were observed,and the treatment effect of dynamic adsorption and regeneration of activated carbon was assayed.The results revealed that activated carbon was a promising sorbent for the removal of Cr(Ⅵ)from laboratory wastewater,and its Regeneration procedure is simple and efficient.

activated carbon;pH;adsorption;Wastewater containing Cr(Ⅵ);research

X703

A

1673-9655(2010)02-0053-03

2009-10-26