褐煤活性炭吸附處理煤化工廢水COD實驗研究
摘要：以某氣化廠的廢水為原水，進行褐煤活性炭對COD的吸附性能的靜態和動態實驗。靜態實驗表明，褐煤活性炭對COD的吸附性能符合弗蘭德里希（Freundlich）吸附方程式。在室溫條件下，對于150mL煤化工廢水，當活性炭的用量為10g，吸附反應時間為1h，COD的去除率可達85%。動態試驗研究表明，當進水COD濃度為5200mg/L，吸附1.5h，活性炭對COD的吸附容量可達27.7mg/g。水處理的實驗研究表明利用褐煤制備的活性炭，對煤化工廢水具有良好的處理效果。
關鍵詞：褐煤活性炭; 吸附; 煤化工廢水;
煤化工是以煤為原料，經過化學加工使煤轉化為氣體、液體、固體燃料以及化學產品的過程，主要分為煤炭焦化、煤氣化、煤氣化合成氨、煤氣化合成其他產品及直接液化等。煤化工企業用水量大，其排放的廢水主要來源于煤煉焦、煤氣凈化及化工產品回收精制等過程[1]。該類廢水水量大，水質復雜，以酚和氨為主[2]，并且含有大量的聯苯、吡啶吲哚和喹啉等有毒污染物，毒性大[3]，如不經過合理處置排入水體會對環境造成嚴重危害。
目前主流的處理工藝主要是以活性污泥法為核心的三段法，包括物化預處理、生化處理和深度處理。活性污泥法具有技術成熟、運行成本低的優點，但是由于煤化工廢水的水質特點，長達數天的水力停留時間仍不能有效去除難降解有機污染物，且占地過大從而使投資成本增加。同時由于廢水水質水量波動很大，容易對生化系統造成沖擊，破壞微生物群落結構，從而造成出水不能穩定達標。
活性炭作為一種優良的多孔炭質材料，被廣泛地應用于水質凈化過程，活性炭吸附法處理技術已成為城市污水和工業廢水深度處理最有效的方法之一[4]。但是由于活性炭生產成本高而大大限制了其使用范圍。褐煤的煤化程度低，水分高，熱值低，在工業用方面遠不如其它煤種廣泛，是有待開發利用的煤炭資源[5]。利用褐煤制備的活性炭比表面積相對較小，但一般中孔發達，具有良好的吸附性能。本實驗采用褐煤活性炭作為吸附劑，研究其對煤化工廢水處理的性能。
1 實驗部分
1.1 實驗主要儀器和藥品
SKY-100C型搖床，上海蘇坤實業有限公司生產；HACH ODYSSEY DR/2500分光光度計，COD REACTOR（消解反應器）均來自美國哈希（HACH）公司。
1.2褐煤活性炭的物理性質
褐煤活性炭由中國電力科學研究院電站輔機技術研究所（北京國電富通科技發展有限責任公司）研制生產，其物理性質見表1。
| 表1 褐煤活性炭成分分析 | ||
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依照IUPAC活性炭孔徑分類標準：大孔直徑>50nm；中孔直徑為2~50nm；微孔直徑<2nm[6]。褐煤活性炭表面中孔發達，在活性炭的吸附過程中，對大分子有機物的吸附起到相當大作用。
1.3 實驗裝置及方法
實驗所用的廢水取自某氣化廠，外觀呈深褐色，水質組成復雜，水樣COD值為4500~5200mg/L ，pH值為8.0~8.5。分別用靜態和動態實驗來評價褐煤活性炭對煤化工廢水的處理性能。評價指標為HACH重鉻酸鉀法COD。
1.3.1 COD測定方法
實驗用HACH COD測試管，量程(0-1500mg/L)，實驗過程中取水樣（或稀釋水樣）2mL加入到HACH COD測試管中，放入COD 消解反應器中消解2h。消解完成之后，冷卻至室溫用HACH ODYSSEY DR/2500分光光度計進行COD的測定。
1.3.2 靜態吸附實驗
在室溫下，分別向5個250 mL的錐形瓶中加入不同量的活性炭，然后向每個燒瓶中加入150 mL原廢水，再將各錐形瓶分別放在搖床上振蕩1h，然后將各錐形瓶中廢水過濾，棄去最初20mL濾液，取樣測定原廢水和各濾液的COD濃度，計算不同活性炭用量下COD的去除率．
在室溫條件下，分別準確稱取10g活性炭依次放入5個錐形瓶中，加入150mL原水，在搖床內240r/min振蕩吸附。每隔一定時間取出一個錐形瓶，用漏斗過濾，棄去最初的20mL濾液，取樣測定COD的濃度變化。
1.3.3動態實驗
實驗裝置示意圖見圖1，裝置由一個原水箱、一個轉子流量計和三個串聯的有機玻璃吸附柱組成，連接管為硬質塑管，所有閥門的材質為PVC。三個吸附柱上每間隔100 mm加一取樣孔（孔徑為6~8 mm）。
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