活性炭

鲁秀国[1]^，2    翟 建²   张全兴¹

（1. 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，江苏 南京210093；2.河北大学化学与环境科学学院，河北 保定 071002）

摘要 采用化学氧化-活性炭固定床吸附法对酸性黑10B染料所配废水进行处理，并讨论了影响COD_Cr去除率的各种因素。染料初始质量浓度为150 mg/L，COD_Cr为432 mg/L，色度为2800倍时，在pH=6，反应时间25 min，NaClO为4.84 g/L，10 cm活性炭固定床，色度去除率为100%，COD_Cr去除率为89.6%；通过反应前后的UV-Vis光谱图的比较，进一步说明该方法对此种染料有比较好的去除效果。

关键词 化学氧化 吸附 酸性黑10B

Study on treatment of acidic black 10B dye wastewater by chemical oxidation and adsorption by activated carbon fixed bed Lu Xiuguo^1，2，Zhai Jian² ，Zhang Quanxing¹.(1.State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，School of the Environment，Nanjing University，Nanjing Jiangsu 210093；2.College of Chemistry and Environmental Science，Hebei University，Baoding Hebei 071002)

Abstract：Acidic black 10B dye wastewater was treated by chemical oxidation and adsorption by activated carbon fixed bed and all kinds of influential factors of removal COD_Cr were discussed. When the initial concentration of the dye was150 mg/L，COD_Crwas 432 mg/L and chroma was 2800 times，the appropriate conditions determined by the experiment were as following：r(NaClO )= 4.84 g/L，25 min，pH=6，height of activated carbon fixed bed was 10 cm.Under these conditions，the decolorizing rate can come up to about 100% and total removed rate of COD_Cr reached 89.6%. Comparison of UV-Vis adsorption spectrums before and after treatment showed that decomposition effects of chemical oxidation and adsorption by activated carbon fixed bed on acidic black 10B dye wastewater were satisfactory.

Keywords：Chemical oxidation Adsorption Acidic black 10B

印染废水是工业废水的主要排放源之一，其中往往含有大量的高浓度、高色度、成分复杂且难于降解的有机物。目前，处理印染废水大多采用化学与生物处理相结合的方法，但由于印染行业具有产品批量小、品种多，产生的废水水质变化大等特点，处理效果并不理想。采用化学氧化-活性炭固定床吸附法处理酸性黑10B染料废水，工艺新，效果好，为该工艺用于实际印染废水处理提供了科学依据。

1.1 仪器与试剂

   CIC-100离子色谱仪、磁力搅拌器、测定COD_Cr用仪器与试剂、NaClO、活性炭固定床等。

1.2 实验步骤

将盛有100 mL水样的烧杯放置磁力搅拌器上，加入一定量的NaClO，调节溶液的pH，反应一定时间后，取水样测定其COD_Cr和色度^[1]，计算二者的去除率。然后使该水样通过活性炭固定床，并对流出液进行COD_Cr和色度的测定。因水样中含有较多Cl^-，采用CIC-100离子色谱仪测出Cl^-的具体浓度，根据该浓度配制NaCl溶液，测其COD_Cr，通过差量法即可得出COD_Cr的真实值。

2.1 废水的指标

    用酸性黑10B配制，质量浓度为150 mg/L ，COD_Cr为432 mg/L，色度2800倍，ph 为6。

2.2 反应机理探讨

活性炭的比表面积一般高达500～1700 m²/g，这是活性炭吸附能力强，吸附容积大的主要原因。表面积相同的炭，对同一种物质的吸附容量有时也不相同，这与活性炭的细孔结构与细孔的分布有关。一般活性炭小微孔容积为0.15～0.90 mL/g，表面积占活性炭总表面积的95%以上，因此活性炭与其他吸附剂相比，小微孔具有特别优越的特征。在液相吸附时，吸附质分子直径较大，这时小微孔几乎不起作用。因此，采用化学氧化-活性炭固定床吸附法对酸性黑10B染料废水进行处理，正是利用了NaClO的强氧化性将大分子氧化成小分子化合物利于活性炭吸附的这种特点。

2.3 氧化剂用量的选择

   100 mL水样，pH =6，反应时间=25 min。改变氧化剂（2.5%的NaClO溶液，以下相同）的量，结果见图1和图2。

从上图1可以看出，加入了氧化剂，COD_Cr的值反而增加了，并且随着氧化剂用量的增加，COD_Cr值逐渐增加。这是因为NaClO使染料分子的偶氮键断裂，原来的大分子变成小分子，有利于K₂Cr₂O₇的氧化从而使COD_Cr增高；从上图2可以看出，加入了氧化剂，色度的去除率即显著提高，并且随着氧化剂用量的增加，色度的去除率逐渐增加，但当氧化剂的量达24 mL以后时，色度的去除率基本不再增加。

    综合图1和图2，对100 mL 色度为 2800 倍的水样，实验中氧化剂的用量为24 mL较为合适。

2.4 反应时间的选择

反应时间由氧化速度来确定。根据有关资料，NaClO分解率在15 min内达99.9%，因此反应时间确定为25 min^[2]。

2.5 反应溶液pH的选择

100 mL水样，氧化剂的量24 mL，反应时间 25 min，改变反应溶液的pH，结果见图3。

    从图3可以看出，NaClO在酸性条件下对色度的去除十分有利。这主要是在酸性条件下，NaClO主要是以HClO形式存在，HClO的穿透能力较强，可以扩散到污染物的内部发生反应，破坏酸性黑10B分子的发色基团，从而起到脱色的目的。而在碱性条件下，效果不佳，这是因为碱性条件下，NaClO主要是以ClO^-形式存在，ClO^-的穿透能力较弱，较难扩散到污染物的内部不利于氧化。综合分析，为不使处理后的水呈酸性，反应溶液pH＝6就满足要求。

2.6 活性炭固定床吸附

氧化处理之后的水样进入活性炭固定床，利用活性炭小微孔吸附氧化生成的小分子，同时利用活性炭的催化作用进一步催化氧化大分子有机物，使活性炭的吸附能力进一步提高。实验表明，采用化学氧化-活性炭固定床吸附法对酸性黑10B染料废水进行处理，比单纯用活性炭固定床吸附染料分子，活性炭固定床的吸附容量提高约50%。

2.7 吸附剂的再生

吸附剂为粒状活性炭，其再生主要包括加热再生法、化学氧化再生法、溶剂再生法、生物再生法、电加热再生法。本实验采用电加热法中的微波再生法对活性炭进行再生，主要利用活性炭能够很好地吸收微波，达到自身快速升温，从而实现活性炭的再生。实验结果表明，吸附剂吸附活性降低5%～8%，有很高的重复利用率。

3.1 处理前后水样紫外-可见光谱图比较

处理前，水样在紫外可见区有明显的吸收峰，经该法处理后，600 nm和300 nm左右

1.处理前水样UV-Vis光谱图；2.蒸馏水UV-Vis光谱图；3.经化学氧化-活性炭固定床吸附处理后水样UV-Vis光谱图

的峰消失。这些结果说明：UV-Vis光区已无N=N双键，及芳香结构的特征吸收，说明分子结构中的这部分已被NaClO破坏并被活性炭固定床完全吸附，证明该方法是可行的。

3.2 实验处理前后水样指标

    实验处理前后水样指标如表1所示。

3.3 实验结论

    采用化学氧化-活性炭固定床吸附法对酸性黑10B染料所配废水进行处理，在pH=6，反应时间=25 min，NaClO为4.84 g/L，10 cm活性炭固定床，色度去除率可达100%，处理后出水澄清透明，COD_Cr去除率可达89.6%，为该工艺处理实际印染废水提供了科学依据。

1         奚旦立，孙浴生，刘秀英.环境监测（修订版）.北京:高等教育出版社，2001.387～388

2         潘 峰，吴家瑶.催化氧化法处理印染废水试验.污染防治技术，1999，12 (2 )：109～110