活性炭和次氯酸鈉協(xié)同在處理廢水過程中的應(yīng)用

董瑞國(guó)，李劍波，宋彥哲，唐恒建，李天涯，劉勇*

(1. 國(guó)家橡膠助劑工程技術(shù)研究中心，山東 陽(yáng)谷 252300；2.北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100029)

0 引言

活性炭是木炭的另外一種形式，因?yàn)榫哂休^大的比表面積以及較好的吸附能力而得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]，其中活性炭在水過濾以及水處理方面應(yīng)用最多。在生產(chǎn)活性炭時(shí)，加熱是獲得活性炭最直接的方式，通過加熱能夠?qū)⑻恐袣怏w排出從而產(chǎn)生較多的孔?；钚蕴吭诜糯箸R下呈現(xiàn)出褶皺的形態(tài)，由于這些褶皺，使其具有較大的比表面積，從而在吸附領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[3-5]。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，活性炭能夠用來治療因中毒引起的疾病，其原理為活性炭能在毒素到達(dá)腸道前對(duì)毒素進(jìn)行吸附，減少人體吸附毒素的幾率[6-7]。活性炭除了在廢水處理以及醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用外，在食品行業(yè)、化學(xué)領(lǐng)域也都有很廣泛的應(yīng)用。

活性炭的吸附主要以物理吸附為主，雖然具有良好的吸附能力，但是，當(dāng)吸附的物質(zhì)達(dá)到飽和后需要重新活化才能再次使用，其操作繁瑣而且費(fèi)用比較貴[8-9]。次氯酸鈉也是處理廢水的重要材料之一，主要以化學(xué)氧化為主，但是，次氯酸鈉易分解揮發(fā)，造成有效氯利用率低，浪費(fèi)嚴(yán)重[10-12]。為了解決活性炭和次氯酸鈉的上述缺點(diǎn)，本文提出將活性炭和次氯酸鈉協(xié)同使用，來降低次氯酸鈉有效成分的揮發(fā)，同時(shí)使活性炭在吸附次氯酸鈉后還能提高活性。

1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

滴定臺(tái)、JK-25型恒溫加熱器、次氯酸鈉滴加裝置、增力電動(dòng)攪拌器、燒杯、碘量瓶、移液管、塑料容器(30 L、5 L各一個(gè))均采用常規(guī)儀器。

活性炭(河南鞏儀宇清凈水材料有限公司提供樣品)、次氯酸鈉溶液(山東陽(yáng)谷華泰化工股份有限公司提供樣品，有效氯的含量為14%～15%)、重鉻酸鉀(優(yōu)級(jí)純)、硫酸汞、硫酸亞鐵胺、硫酸銀、硫酸亞鐵、濃硫酸、鄰菲羅林均為分析純，采購(gòu)自北京國(guó)藥集團(tuán)、實(shí)驗(yàn)室用水為一次蒸餾水，污水水樣來源于山東某公司污水車間，化學(xué)需氧量(chemical oxygen demand，COD)值按GB 11914—1989檢測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)方案

本研究采用如下實(shí)驗(yàn)方案：(1)單用活性炭作為吸附劑來考察其對(duì)廢水中有機(jī)物的吸附效果。(2)單加次氯酸鈉溶液(按污水體積的2‰比例加入)考察其對(duì)廢水中有機(jī)物的氧化作用效果。(3)投加次氯酸鈉溶液的基礎(chǔ)上再考察活性炭對(duì)廢水中有機(jī)物的吸附效果，從而確定二者之間是否具有協(xié)同作用。

操作具體如下：污水實(shí)驗(yàn)水樣用濃硫酸調(diào)節(jié)其pH=5～6，用增力電動(dòng)攪拌器做為混合裝置，水的流速為60 mL/min，取樣間隔時(shí)間為1 h。然后對(duì)COD值變化情況進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)。

3 結(jié)果討論

3.1 單獨(dú)用活性炭時(shí)COD值變化情況

表1為在不同時(shí)間間隔內(nèi)取樣后測(cè)得的COD值，通過表1可以看出，當(dāng)間隔時(shí)間為5 h時(shí)，COD的值最小為659 mg/L，隨著時(shí)間的增加COD值逐漸增大。說明活性炭在間隔時(shí)間為5 h內(nèi)具有良好的吸附作用，當(dāng)大于5 h后活性炭的吸附能力下降，使得在去除廢水中的可氧化廢料時(shí)需要的氧量增加。通過表1我們還可以看出，相鄰間隔時(shí)間段的COD差值在3 h左右時(shí)最大。說明在單獨(dú)使用活性炭作為吸附劑時(shí)，在短時(shí)間達(dá)到良好去除廢水中有機(jī)物的時(shí)間為3 h。

表1 單獨(dú)使用活性炭時(shí)COD值

3.2 單獨(dú)使用次氯酸鈉對(duì)COD值的影響

表2為單獨(dú)使用次氯酸鈉時(shí)不同間隔時(shí)間下的COD值，通過表2可以看出，當(dāng)間隔取樣時(shí)間為4 h時(shí)COD的值最小，其數(shù)值為766 mg/L，說明在間隔取樣時(shí)間為4 h時(shí)能夠獲得最佳的效果。從表2中我們還可以看到，當(dāng)間斷取樣時(shí)間為2 h時(shí)的COD差值最大為449 mg/L，能夠得出當(dāng)單獨(dú)使用次氯酸鈉來處理廢水時(shí)效率最高為2 h。

表2 單獨(dú)使用次氯酸鈉時(shí)COD值

3.3 活性炭與次氯酸鈉協(xié)同使用對(duì)COD的影響

表3為活性炭和次氯酸鈉協(xié)同使用時(shí)，對(duì)COD值以及對(duì)間隔時(shí)間COD差值的影響。通過表3可以看出，兩者協(xié)同使用時(shí)，廢水中COD值顯著降低，與使用單一處理劑相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的水處理效果。說明采用活性炭以及次氯酸鈉兩者協(xié)同能夠?qū)崿F(xiàn)更好的水處理能力。

表3 活性炭和次氯酸鈉協(xié)同使用對(duì)COD值的影響

3.4 最佳pH值的確定

次氯酸和次氯酸根離子的標(biāo)準(zhǔn)電極電位如下：

由此可見，HOCl比OCl-氧化能力要強(qiáng)的多，因此，氯氧化法在酸性溶液中較為有利。溶液的pH值影響到溶質(zhì)的存在狀態(tài)，也影響到吸附劑表面電荷特性和化學(xué)特性，進(jìn)而影響到吸附效果。所以，要想獲得理想的處理效果，需要選擇最佳的pH值，具體實(shí)驗(yàn)操作如下：固定次氯酸鈉溶液的投加量為2‰，其他操作條件同上，測(cè)得不同pH值條件下COD的去除率，相關(guān)數(shù)據(jù)如表4所示。

從表4中COD值變化趨勢(shì)可知，在pH值為5時(shí)，COD值有最高點(diǎn)，說明pH值在5時(shí)系統(tǒng)有最佳處理效果，考慮到國(guó)家對(duì)污水的排放指標(biāo)(GB 8978—1996)要求，我們選擇pH=6為最佳操作條件。

表4 不同pH下COD的去除率

3.5 次氯酸鈉溶液最佳投加量的確定

一般來說，去除污水中的有機(jī)污染物的量是隨著次氯酸鈉的投加量的增加而增大，但從污水處理的經(jīng)濟(jì)性角度考慮，需要尋找一個(gè)最佳次氯酸鈉溶液的投加量。具體實(shí)驗(yàn)操作如下：改變氯酸鈉溶液的投加量，其他操作條件同上，測(cè)得COD值和相關(guān)數(shù)據(jù)如表5所示。從表5中的COD值的變化趨勢(shì)來分析，次氯酸鈉溶液投加量在2‰時(shí)COD值有最小值，說明次氯酸鈉溶液最佳投加量為2‰，另外，次氯酸鈉溶液投加量超過2.5‰時(shí)COD值不降低反而升高，說明次氯酸鈉溶液并不是投加的越多效果就會(huì)越好。

表5 改變次氯酸鈉溶液的投加量COD值的情況

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)表明，活性炭與次氯酸鈉在污水處理中具有良好的協(xié)同作用，其最佳操作條件為：pH值為5、次氯酸鈉溶液最佳投加量為2‰。兩者在污水處理中結(jié)合使用是一種比較好的污水處理方法，值得推廣。