活性炭吸附在制藥廢水處理中的應(yīng)用進展

林宇澄范中彥曾旭(.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 上海 0009；.上海環(huán)谷投資管理有限公司, 上海 00434)

活性炭吸附在制藥廢水處理中的應(yīng)用進展

林宇澄1范中彥2曾旭1(1.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 上海 200092；2.上海環(huán)谷投資管理有限公司, 上海 200434)

制藥廢水具有成分復(fù)雜、有機污染物濃度高、波動性大、可生化性差、毒性大等特點，是一種較難處理的工業(yè)廢水。鑒于其行業(yè)特殊性，制藥廢水的處理已成為當(dāng)前環(huán)境保護的一個難題?；钚蕴课绞抢没钚蕴康墓腆w表面對水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用以去除污染物的目的，具有適應(yīng)范圍廣、處理效果好、可回收有用物質(zhì)等優(yōu)點，在廢水處理中的應(yīng)用日益增多。本文主要介紹了活性炭吸附的特點及其在制藥廢水處理中的應(yīng)用進展，以期為制藥廢水的處理提供參考和借鑒。

活性炭；吸附；制藥廢水；應(yīng)用進展

1 引言

隨著我國近年來制藥行業(yè)的快速發(fā)展，制藥廢水的排放量日益增加。制藥廢水的成分往往非常復(fù)雜，同時具有有機污染物濃度高、波動性大、可生化性差、毒性大等特點，是一種較難處理的工業(yè)廢水。如果沒有進行妥善的處理排入自然水體，會對環(huán)境造成非常大的危害，甚至危害人類的身體健康。鑒于其行業(yè)的特殊性，制藥廢水的處理已成為當(dāng)前環(huán)境保護的一個難題。如能較好地解決制藥廢水的處理難題，對于制藥行業(yè)的健康發(fā)展以及國家醫(yī)藥安全也具有重要意義。

制藥廢水的處理通常包括物化、化學(xué)、生化處理過程以及組合工藝[1]。制藥廢水的處理往往需要先進行預(yù)處理[2]，去除難降解物質(zhì)，提高廢水的可生化性，后面進行生化處理實現(xiàn)達標(biāo)排放。吸附法利用多孔性固體吸附廢水中的有機污染物實現(xiàn)去除的目的，操作簡便、適用廣泛、可回收利用資源，作為制藥廢水的預(yù)處理以及后續(xù)處理日益得到應(yīng)用。從環(huán)境和經(jīng)濟效益兩個角度出發(fā)，水處理技術(shù)應(yīng)考慮兼顧資源回收和廢水處理達標(biāo)排放兩個方面。吸附法不僅可以實現(xiàn)去除有機污染物的目的，還可回收有用物質(zhì)，因此吸附法具有雙重優(yōu)點。常用的吸附劑有活性炭、活性煤、腐殖酸類、吸附樹脂等。由于活性炭表面積大以及微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達，具有較好的物理吸附和化學(xué)吸附能力。中國從20世紀(jì)70年代初就開始研究活性炭處理廢水的技術(shù)，活性炭是目前水處理中普遍采用的吸附劑[3-4]。

2 活性炭吸附技術(shù)介紹

活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭，將有機原料在隔絕空氣的條件下加熱炭化，然后與氣體反應(yīng)，表面被侵蝕，從而產(chǎn)生發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)[5]?；钚蕴康奈侥芰εc活性炭的孔隙大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)，顆粒越小，孔隙擴散速度越快，活性炭的吸附能力就越強?；钚蕴坎粌H對水中溶解的有機物，如苯類化合物、酚類化合物、石油及石油產(chǎn)品等具有較強的吸附能力，而且對用生物法及其他方法難以去除的有機物，如色度、臭味、表面活性物質(zhì)、胺類化合物以及許多人工合成的有機化合物及重金屬都有較好的去除效果[6-8]。

活性炭吸附法具有以下突出優(yōu)點：①原料來源廣：如煤、木材、果殼、椰殼、核桃殼、杏殼、棗殼等。利用廢木料、果殼等為原料等制備活性炭除了獲得吸附劑以外，還實現(xiàn)了廢物的資源化利用；②回收有用物質(zhì)：如用活性炭吸附含酚廢水，可以通過堿處理，再生吸附飽和的活性炭，回收酚鈉鹽；③適用廣泛：對廢水中絕大多數(shù)有機污染物都可實現(xiàn)穩(wěn)定的處理效果，同時對于水量及有機物負(fù)荷的變動有較強的適應(yīng)性能；此外，活性炭還耐酸、堿腐蝕；④操作簡便：日常只需運行觀察和設(shè)備維護，吸附飽和后進行活性炭更換、再生活化；⑤通過再生利用可節(jié)省成本：被吸附的有機物在再生過程中被去除，實現(xiàn)活性炭的再生利用，從而實現(xiàn)節(jié)省的目的。

活性炭吸附根據(jù)固體外表吸附力不同可分為物理吸附、化學(xué)吸附、交流吸附[9]。物理吸附是吸附劑和污染物經(jīng)過分子間作用力相互吸附。由于活性炭發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)提供了大量的比表面積，因此活性炭具有較強的吸附能力?；瘜W(xué)吸附是吸附劑和污染物之間靠化學(xué)鍵的反應(yīng)發(fā)生的吸附。活性炭表面含有少量功能團形式的氧和氫，如羥基、羧基、酚類、內(nèi)脂類、醚類等，可以與被吸附質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而吸附廢水中污染物?；瘜W(xué)吸附具有選擇性，由于化學(xué)吸附靠吸附劑和污染物直接的化學(xué)鍵力進行的，因此比較穩(wěn)定，不易解吸。污染物在吸附過程中伴隨著離子的電荷的交換即離子交流，也會形成交流吸附。

當(dāng)活性炭吸附達到飽和后，通過脫附再生重復(fù)使用。常用的活性炭再生方法有熱再生法、溶劑再生法、生物再生法、催化濕式氧化法等[10-14]。

3 活性炭吸附在制藥廢水處理中的應(yīng)用進展

由于活性炭吸附具有上述優(yōu)點，在制藥廢水處理中的應(yīng)用日益增多。

姜軍清等用活性炭纖維吸附處理苯酚廢水的研究表明，活性炭纖維吸附容量大，吸附速度快，吸附飽和的活性炭纖維用10%的氫氧化鈉溶液再生，苯酚再生時回收率達69.5%[15]。唐登勇等采用活性碳纖維吸附處理對硝基苯酚廢水，結(jié)果表明廢水中的有害物質(zhì)能夠得到有效去除，同時還可回收利用對硝基苯酚和氯化鈉，實現(xiàn)了對硝基苯酚的清潔生產(chǎn)[16]。王茂玉研究了采用活性炭催化臭氧氧化降解制藥廢水，結(jié)果表明活性炭和臭氧的復(fù)合使用對反應(yīng)體系有顯著的協(xié)同催化效應(yīng)，廢水COD去除率由單獨臭氧氧化的33.1%提高到72.57%，顯著提高了廢水的可生化性，有利于進一步的生化處理[17]。

崔鳳國等研究了混凝和活性炭吸附深度處理制藥廢水[18]，結(jié)果表明混凝對廢水中顆粒態(tài)和大分子有機物有良好去除效果，但無法有效去除污水中的小分子的熒光物質(zhì)；活性炭吸附對SMP、腐殖酸和富里酸等熒光物質(zhì)的去除率均能達到90%以上。范舉紅等人研究了混凝、活性炭吸附和H2O2氧化技術(shù)組合處理以小分子為主、難生物降解制藥廢水的二級生化出水[19]，結(jié)果表明對COD去除效果較好，投加1.0 g/L的粉末活性炭，

COD的去除率可以達到50%～60%，COD去除效果得到提高。

李國清探討了生物活性炭技術(shù)和臭氧結(jié)合使用的凈水技術(shù)[20]，臭氧在氧化水中有機物的同時被還原，為活性炭中的微生物繼續(xù)氧化小分子有機物提供充足的氧氣，具有使用周期長，效率高，出水水質(zhì)好的優(yōu)點。謝小龍采用活性炭替代濾池中的石英砂[21]，利用活性炭易于長生物膜的特性降解水中的有機污染物，有機物去除的效率得到大幅度提升。楊憶新[22]的研究表明，粉末活性炭的添加能夠大幅提高生物濾池對有機物的去除，并且能夠大大減小出水中的三鹵代烷的生成量。

此外，陳郭建等研究了添加粉末活性炭的活性污泥系統(tǒng)[23]，實現(xiàn)了COD的高效、穩(wěn)定去除，以及良好的固液分離性能和污泥脫水性能。李湘凌等在鹽酸林可霉素原料藥廢水的處理中采用添加粉末活性炭馴化活性污泥[24]，結(jié)果表明添加粉末活性炭能夠始終保持較高的COD去除率。這些成果對于活性炭吸附技術(shù)在制藥廢水處理中的應(yīng)用推廣，有利于更好的發(fā)揮活性炭吸附技術(shù)的優(yōu)勢，為制藥廢水的達標(biāo)排放提供參考和借鑒。

4 結(jié)語和展望

制藥廢水具有成分復(fù)雜、有機污染物濃度高、波動性大、可生化性差、毒性大等特點，是一種較難處理的工業(yè)廢水。鑒于其行業(yè)特殊性，制藥廢水的處理已成為當(dāng)前環(huán)境保護的一個難題?；钚蕴课绞抢没钚蕴康墓腆w表面對水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用以去除污染物的目的，具有適應(yīng)范圍廣、處理效果好、可回收有用物質(zhì)等優(yōu)點，在廢水處理中的應(yīng)用日益增多。目前關(guān)于活性炭吸附研究的一些理論還不成熟，并且活性炭再生的成本也限制了活性炭吸附技術(shù)的推廣應(yīng)用，筆者認(rèn)為相關(guān)研究將更多的集中于與其他廢水處理技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，以及高效低耗的活性炭再生技術(shù)。

[1]鮑艷霞.制藥廢水處理方法研究[J].2011,8:144-145.

[2]牟善良,薛以勝.生物制藥廢水預(yù)處理研究[J].山東電大學(xué)報,2006,3:69-70.

[3]孫劍平,馮國會,班福忱,李旭林.活性炭和分子篩對甲醛氣體吸附性能的比較[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,26(6):1182-1185.

[4]趙亞娟,陳睿,劉陽生,欒勝基.負(fù)載無機銨鹽改性活性炭纖維對甲醛去除能力的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2010,30(3):572-577.

[5]張躍東.活性炭吸附法在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用[J].河北化工,2011,6(34):74-76.

[6]李永貴,張海泉,張君,邱華.活性炭纖維處理印染工業(yè)廢水展望[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2001,6:19-22.

[7]左衛(wèi)元,全海娟,史兵方.改性活性炭對廢水中甲醛的吸附研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2015,1(15):188-192.

[8]吳順年,陳嘉平,章北平.用表面修飾的活性碳吸附廢水中的銅離子[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(城市科學(xué)版),2002,3:19-24.

[9]殷雙元,王嫻.活性炭在水處理中的應(yīng)用研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2014,2:104-104.

[10]李文明,付大友,李紅然.活性炭再生方法的分析和比較[J].廣州化工,2010,12(38):27-29.

[11]孫康,蔣劍春.活性炭再生方法及工藝設(shè)備的研究進展[J].生物質(zhì)化學(xué)工程,2008,42(6):55-60.

[12]路紅梅,戴榮華,衛(wèi)潔,劉昊,孫斌.廢棄活性炭再生制備生物活性炭在水處理中的應(yīng)用[J].山東化工,2014,43:163-165.

[13]翁元聲.活性炭再生及新技術(shù)研究日[J].給水排水,2004,30(1):86-91.

[14]吳奕.活性炭再生方法[J].化工生產(chǎn)與技術(shù),2005,12(1):20-23.

[15]姜軍清,陸曉華.活性炭纖維處理含酚廢水的研究[J].江蘇環(huán)境科技,2001,14(1):1-3.

[16]唐登勇,鄭正,郭照冰.活性炭纖維吸附處理對硝基苯酚生產(chǎn)廢水[J].化工環(huán)保,2009,3(29):239-241.

[17]王茂玉.活性炭-臭氧氧化法預(yù)處理制藥廢水[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報,2008,6(27):60-62.

[18]崔鳳國,楊鵬,張偉軍,王東升.混凝和活性炭吸附深度處理制藥廢水中有機物去除特征[J].環(huán)境工程學(xué)報,2015,9:4359-4364.

[19]范舉紅,劉銳,馮軍,陳呂軍.H2O2預(yù)氧化-粉末活性炭吸附深度處理制藥廢水二級生化出水的研究[J].工業(yè)用水與廢水,2011,42(3):17-20.

[20]李國清.生物活性炭技術(shù)在水處理中的運用[J].環(huán)境與生活,2014,6(69):77-78.

[21]柴同志,謝小龍.生物活性炭濾池在水處理中的應(yīng)用[J].科技資訊,2015:104-105.

[22]楊憶新,劉文君,尹艷敏.超濾/粉末活性炭組合工藝深度處理黃河源水[J].中國給水排水,2010,15:48-50.

[23]陳郭建,魏興義.PAC-SBR法處理高濃度有機廢水[J].環(huán)境工程,1995,5(13):3-6.

[24]李湘凌,周元祥,周娟.PAC-SBR反應(yīng)器處理制藥廢水活性污泥馴化實驗研究[J].上海環(huán)境科學(xué),2005,3(24):131-133.

林宇澄，男，安徽人，研究方向：高濃度難降解有機廢水的處理。