活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭吸附選礦廢水中水楊酸異羥肟酸

　　水楊酸異羥肟酸是一種用于礦物加工的新型浮選劑。然而，它影響浮選廢水，留下高色度，這限制了其再利用并影響采礦企業(yè)的排放。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，鎢礦的浮選過程的水消耗為4-7m3/t原礦，重力分離過程的耗水量為6-15m3/t原礦。選礦廢水來源約占工業(yè)廢水的十分之一，為了處理選礦廢水的著色問題，我們研究了活性炭加臭氧化催化處理水楊酸異羥肟酸。

　　在實(shí)際工程中，礦物加工企業(yè)產(chǎn)生的廢水主要通過凝結(jié)和沉淀去除，部分廢水再利用于礦物加工生產(chǎn)中，剩余的廢水進(jìn)入尾礦庫(kù)，通過自然光降解后再利用或外排。自然沉降后通過自然光降解，廢水中的殘留礦物處理劑可以分解為發(fā)色物質(zhì)，從而導(dǎo)致礦物處理廢水的顏色，并且隨著自然光降解時(shí)間的延長(zhǎng)，色度逐漸增加。色度是廢水中顏色的問題，再加上氣味問題，更容易被察覺。排入水中的高色度廢水還會(huì)影響藻類的光合作用，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境。吸附是用于色度除去在廢水處理中具有許多優(yōu)點(diǎn)常用的方法，如簡(jiǎn)單的操作，高效率，環(huán)境友好性。活性炭是最常用的吸附劑之一，具有吸附能力高，表面積大，孔多的特點(diǎn)。本次發(fā)現(xiàn)活性炭與臭氧氧化結(jié)合可以提高脫色或污染物的去除效果，活性炭擔(dān)任吸附和催化兩個(gè)角色。

　　實(shí)驗(yàn)裝置

　　臭氧的反應(yīng)裝置如圖1所示。它主要由高硼硅酸鹽玻璃和臭氧發(fā)生器制成。反應(yīng)器高度為500mm，外徑和內(nèi)徑分別為70和65mm，有效容積為1.5L。反應(yīng)器中臭氧氣體的流量可控制在100mL分鐘以內(nèi)。反應(yīng)器中的氣體分配器是鈦板，其孔隙率約為20%至30%，微孔的平均孔徑約為17μm。臭氧反應(yīng)尾氣的吸收溶液為濃度為1.5mol/L。對(duì)色度為600的模擬水楊酸異羥肟酸廢水500mL進(jìn)行采樣，并將其放入燒杯中。將制得的活性炭量0.03、0.06、0.09、0.12、0.15和0.18g/L樣品分別添加到前一溶液中，然后用磁力攪拌器混合以達(dá)到吸附平衡，分析處理后的上清液的色度以評(píng)價(jià)處理效果。

　　圖1：臭氧化處理過程示意圖。

　　活性炭催化臭氧化實(shí)驗(yàn)

　　根據(jù)以前的單個(gè)活性炭吸附和臭氧化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，設(shè)計(jì)了四個(gè)因素和三個(gè)水平的正交實(shí)驗(yàn)，討論模擬廢水的色度和COD cr去除效果并確定最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)。具有操作條件的實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

　　圖2：實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)的流程圖。

　　活性炭用量對(duì)色度去除的影響

　　為了探討活性炭吸附對(duì)脫色的影響，在0.03g/L至0.18g/L的不同用量下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，初始色度恒定在600。模擬廢水中的色度去除如圖3所示。初步實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)吸附時(shí)間為2小時(shí)，隨著活性炭用量的增加，色度去除率也隨之增加，足以達(dá)到吸附平衡。當(dāng)活性炭用量從0.03增加到0.18g/L時(shí)，色度去除率從41.7增加到83.3%，流出物的色度從350減少到100。吸附劑用量越高，表面積和可交換結(jié)合位點(diǎn)的利用率越高。活性炭對(duì)模擬廢水的色度具有良好的去除效果，但出水色度不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)果表明，當(dāng)活性炭用量大于0.15g/L時(shí)，吸附點(diǎn)已超過所需量，發(fā)色團(tuán)與活性炭的結(jié)合力成為吸附的決定性因素。

　　圖3：活性炭用量對(duì)模擬廢水中色度去除的影響，模擬廢水的色度。

　　活性炭催化臭氧化的正交實(shí)驗(yàn)

　　根據(jù)以往的研究結(jié)果，選擇pH值，臭氧用量，活性炭用量和反應(yīng)時(shí)間作為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的四個(gè)主要因素。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和顯著性檢驗(yàn)(F值)，各種因素對(duì)色度去除率的影響順序?yàn)椋簆H值>反應(yīng)時(shí)間>臭氧濃度>活性炭用量。結(jié)果進(jìn)一步表明，與其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)相比，pH值更可能影響色度去除率，在于溶液的pH值變?yōu)樽鳛殛庪x子染料吸附過程中最重要的條件，與pH值較低的陽(yáng)離子染料相比，pH值較低是理想的。實(shí)驗(yàn)參數(shù)的最佳水平為pH值2.87，臭氧濃度分別為6mg/L，活性炭用量0.06g/L和反應(yīng)時(shí)間60分鐘，色度去除率達(dá)到96.36%，出水色度僅為20，符合排放要求。實(shí)驗(yàn)參數(shù)的最佳水平與以活性炭為催化劑的催化臭氧化處理亞甲基藍(lán)廢水相似，其最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：反應(yīng)溫度20°C，催化劑用量0.4g/L，pH值為6，亞甲基藍(lán)的初始質(zhì)量濃度為200mg/L，反應(yīng)時(shí)間為33分鐘時(shí)，亞甲基藍(lán)的去除率達(dá)到100%左右，COD去除率達(dá)到76.1%。

　　活性炭吸附選礦廢水中水楊酸異羥肟酸，是一種采用活性炭催化臭氧氧化的去除選礦廢水色度的方法。基于實(shí)驗(yàn)參數(shù)，如pH值2.87，臭氧濃度4mg/L，活性炭用量0.06g/L，反應(yīng)時(shí)間40分鐘，模擬廢水的色度去除率大于95%，色度小于30。滿足綜合廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的主要排放要求和工業(yè)用水城市回用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。對(duì)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，比較除色效果和處理成本，顯然表明，酸性條件下的臭氧氧化法更適合于高色度模擬廢水的處理。有色浮選廢水從尾礦庫(kù)釋放到環(huán)境中是采用常規(guī)混凝和沉淀處理方法的水生生態(tài)系統(tǒng)的問題根源。這種活性炭催化臭氧化方法可為實(shí)際礦物浮選廢水處理過程中的色度去除提供有力的支持。

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