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微波法再生污泥活性炭对水中重金属的吸附特性
更新时间:2016-11-30 来源:《​净水技术》 作者:范晓丹,洪惠,张襄楷

摘要:研究了微波再生条件对污泥活性炭吸附水中重金属效果的影响,探究了其对水中重金属的吸附动力学过程。结果表明随着微波再生功率的增加,再生污泥活性炭对重金属离子的吸附去除率增大,均大于70%。随着微波再生时间的延长,再生污泥活性炭对重金属离子的吸附去除率呈现先增大后稳定的趋势。随着微波次数的增加,再生污泥活性炭对Cu2 +、Zn2 +、Pb2 + 和Cd2 + 的吸附去除率逐渐减少,微波再生的次数最好控制在5 次以内。再生污泥活性炭对重金属离子( Cu2 +、Zn2 +、Pb2 + 和Cd2 + ) 的吸附符合Langmuir 等温式,属于拟二阶动力学模型。

活性炭因其具有独特的孔隙结构、表面活性官能团、化学性质稳定、失效后可再生等特点,被广泛地应用于污水处理、大气污染防治等[1,2]。采用活性炭深度处理电镀混合废水中的重金属离子,并加以回收,过程中操作简单,具有较好的工业化应用前景[3,4]。但是活性炭的价格较高,增加了处理的成本,为了降低活性炭深度处理污染物的成本,现有的研究以活性炭再生和利用固体废物制备廉价活性炭为主流[5]。

活性炭再生方法可分为传统再生方法和新型再生方法。传统再生方法主要有热再生法、化学药品再生法和生物再生法[6]。新型再生方法主要利用光催化、电化学、超临界、超声波、催化湿式氧化及微波等原理实现活性炭的再生,其中微波再生法是在热再生法基础上发展起来的活性炭再生技术[7,8]。

活性炭上的吸附极性分子因正负极性的改变而高频改变方向,在变向过程中由于分子热运动,使其与相邻的非极性分子间产生类似摩擦的作用,在相互碰撞、摩擦中产生热效应,被吸附物质在高温下解吸、炭化、活化,使活性炭恢复吸附活性。以电作能源的微波再生方法具有再生时间短、能耗小、设备简便、炭损小等特点。国内外学者就吸附有机物活性炭的微波再生进行了较多的研究,认为微波再生是一种经济可行的再生技术。但很少有关于处理电镀混合废水用活性炭的微波再生的报道。

近年,国内外一些学者还致力于研究用城市污泥制备活性炭,将污泥由低价值废物转变成为高使用价值的活性炭,这可更好地保护环境、节约能源,而且还从根本上解决了污泥处理难的问题,加之生产原料污泥的廉价而大大消减活性炭的生产成本[9, 10],在此基础上开展了污水污泥活性炭处理废水的研究[11, 12]。

本文用微波法再生深度处理模拟电镀混合废水的污泥活性炭,在微波场中污泥活性炭吸附的水分子收到诱导而产生偶极转向极化,将电磁场能转化为热能,被吸附在孔道中的重金属离子受热而易于解吸到超纯水中,使得污泥活性炭的孔道重新打开。

同时污泥活性炭本身要吸收微波而升温,烧失一部分炭,使孔径扩大,从而得到微波再生的污泥活性炭。本文研究微波再生污泥活性炭对重金属离子的吸附特性及其影响因素,探究微波再生污泥活性炭对水中重金属的吸附动力学过程,为深度处理电镀混合废水用污泥活性炭的再生提供试验数据。

1 试验材料与方法

1. 1 材料和药品

1. 1. 1 吸附材料

所选用的污泥活性炭经蒸馏水洗净,烘干至恒重,过10 目筛,备用。

1. 1. 2 药品

以分析纯的硫酸铜、硫酸镉、乙酸锌、硝酸铅为试剂,配制相应的模拟电镀废水。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 微波再生的试验

分别配制15 mg /L Cu2 +、40 mg /L Zn2 +、40 mg /LPb2 + 和40 mg /L Cd2 + 的模拟废水,调节pH 分别为6、5. 5、6. 5 和8,再向其中各加入0. 5 g 污泥活性炭,吸附饱和后,将饱和的污泥活性炭在蒸馏水中浸泡,再干燥,备用。

将上述吸附饱和的污泥活性炭浸入盛有超纯水的容器中,再将此容器置于微波炉内,通氮气,微波频率为2 450 MHz,在一定的微波功率下微波辐照一定的时间,过滤,得到微波再生后的污泥活性炭。

1. 2. 2 微波再生污泥活性炭的吸附试验

取一定量1. 2. 1 所配制的模拟电镀废水,并分别加入0. 5 g 微波再生污泥活性炭,室温下振荡2 h,过滤,测定滤液中重金属离子的浓度。

1. 2. 3 吸附动力学试验

取一定量1. 2. 1 所配制的模拟电镀废水,向其中分别加入不同量的污泥活性炭,室温下振荡,测定吸附平衡后相应溶液中的重金属离子的浓度,所得的数据换算为吸附容量,再考察吸附容量随时间的变化。

1. 3 分析方法

用原子吸收光谱仪( AAnalyst800) 分析水中重金属离子的浓度; 用扫描电镜观察再生污泥活性炭的表面。

2 试验结果与讨论

2. 1 微波再生条件对污泥活性炭吸附重金属性能的影响

在不同微波功率和辐照时间条件下再生得到污泥活性炭,这些污泥活性炭对重金属离子的吸附去除效果如图1 所示。

版权、出处:净水技术》

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