碱液与超声波联用再生活性炭技术中碱液种类和浓度对再生和利用率的影响

杨 唐，赵英杰，杜 姗，聂海泊，张 伟，李 璞

(1.青岛理工大学环境与市政工程学院，山东青岛266033;2.中国海洋大学环境科学与工程学院，山东青岛266033)

近年来，利用活性炭吸附进行水污染控制和环境保护的广度和深度不断延伸，尤其在去除有机物［1］、余氯［2］、重金属［3］、硫［4］、偶氮［5］等污染物和处理垃圾渗滤液［6］、焦化废水［7］、印染废水［8］、河流原水［9］、生活污水等方面应用广泛;也有研究采用联用技术进行处理，如臭氧与活性炭联用［9］、活性炭与膜联用［10］、微波协同活性炭［5］等。

通过活性炭再生不仅可以重复利用节约资源，而且能有效地减少因饱和活性炭排放造成的二次污染。其中，再生技术有物理、化学、生物等，物理方法包括热再生［11］、微波加热处理［12］、超声波［13］、萃取等，化学方法包括碱液再生［13］、电化学［13］等。该研究利用椰壳类活性炭分别对青岛市某污水处理厂二级出水和人工配制的与二级出水有机物浓度相同的邻苯二甲酸氢钾标准溶液在相同条件下进行饱和吸附，采用不同浓度不同种类的碱液与超声波联用多次再生活性炭，考察碱液与超声波联用再生活性炭过程中碱液种类和浓度对再生效率的影响以及不同水质条件对碱液与超声波联用再生活性炭技术再生效率的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器 该研究中的用水为青岛市某污水处理厂二级出水，水质组分复杂，其中COD、TP、TN、氨氮、硝氮、磷酸盐等常规控制指标的排放均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918－2002》一级B标准。另外，人工配制与二级出水有机物浓度相同(以COD计)的邻苯二甲酸氢钾标准溶液。

应用的仪器主要有碱式滴定管、超声波清洗器、COD消解器等。在该研究中采用的指示剂为0.1%的亚甲基蓝乙醇溶液和0.1%的中性红乙醇溶液所配制的混合指示剂。

1.2 试验方法

(1)进行3组对比试验。分别将20 g椰壳类活性炭放入3个烧杯中，加入过量的一定浓度的邻苯二甲酸氢钾标准溶液(控制其有机物浓度与实际试验用二级出水相同)，用玻璃棒搅拌促进吸附至饱和，测定此时COD浓度，计算平衡吸附量。

(2)将饱和的活性炭与邻苯二甲酸氢钾混合液经定性滤纸过滤后，将活性炭倒入烧杯(有适量超纯水)中，并滴入0.1%的亚甲基蓝乙醇溶液和0.1%的中性红乙醇溶液所配制的混合指示剂。将烧杯隔水放入超声波清洗器，开启超声波处理的同时，3组对比试验分别采用0.8 mol/L(以OH－计)的NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2标准溶液通过碱式滴定管进行滴定，溶液由紫蓝色变为绿色时，视为到达反应终点，计算消耗碱液的体积。

(3)分别将再生后的活性炭用超纯水清洗3次，过滤、烘干后进行称重，计算碳的损失率，并重新进行饱和吸附，测定TOC浓度，计算平衡吸附量。

(4)重复步骤(2)、(3)5次，测定每次吸附再生后碱液种类对再生效率的影响。

(5)将3种碱液的浓度(以 OH－计)分别换为0.4、0.8、1.2 mol/L，重复上述试验测定多次吸附再生后碱液浓度对再生效率的影响。

实际污水组分复杂，活性炭除吸附有机物外，对余氯、络合重金属、典型藻致溴味物质等其他污染物也有一定的吸附。为了对比考察单一邻苯二甲酸氢钾标准溶液和实际污水再生活性炭过程中碱液种类和浓度对再生效率的影响，将邻苯二甲酸氢钾标准溶液更换为过量经定性滤纸过滤后的二级出水进行上述试验。

2 结果与分析

利用活性炭吸附二级出水中污染物至饱和，而后采用碱液与超声波联用技术进行再生，循环5次饱和再生过程，计算在不同碱液浓度(以OH－计)条件下，不同种类的碱液再生活性炭的用量和碳的损失率，结果如图1所示。由图1可知，在同一碱液浓度(以OH－计)下，处理再生相同的饱和活性炭，不同种类的碱液用量大小依次为 Ca(OH)2、Mg(OH)2、NaOH，随着碱液浓度的升高，在该试验条件下任一种类的碱液用量减小;不同种类的碱液对于碳的损失大小顺序为NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2，随着碱液浓度的升高，在该试验条件下任一种类的碱液对碳损失增加。随着再生次数的增加，碱液的消耗量下降，碳的损失量增加，但相对第一次再生后，其后再生时碳的损失量的增加幅度较小。

同时，通过人工配制与二级出水有机物浓度(以COD计)相同的邻苯二甲酸氢钾标准溶液，进行与二级出水相同条件下的饱和再生试验，计算在不同碱液浓度(以OH－计)条件下，比较不同种类的碱液再生活性炭的用量和碳的损失率，考察单一污染物的人工配水碱液与超声波联用再生活性炭技术中碱液种类和浓度对再生和利用率的影响，结果如图2所示。

由图2可知，对于人工配制的邻苯二甲酸氢钾标准溶液，随碱液浓度的增加，相同条件下处理饱和的活性炭，碱液消耗量均减小，碳损失量增加。相同条件下处理饱和的活性炭，NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2使用量依次增加，碳损失量依次减小。对比二级出水和邻苯二甲酸氢钾标准溶液，在相同试验条件下控制相同的有机物浓度，发现人工配制的邻苯二甲酸氢钾标准溶液碱液消耗量低于二级出水，人工配制的邻苯二甲酸氢钾标准溶液碳损失量高于二级出水。说明在二级出水中除有机物外，活性炭上吸附的其他污染物的存在在一定程度上也会增加碱液的消耗，同时在一定程度上在活性炭再生时减小碳的损失。

3 结论

(1)对于邻苯二甲酸氢钾标准溶液和二级出水，在相同条件下处理饱和的活性炭，NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2使用量依次增加，碳损失量依次减小。随碱液浓度的增加，相同条件下处理饱和的活性炭，任一碱液消耗量均减小，碳损失量增加。

(2)在相同试验条件下控制相同的有机物浓度，人工配制的邻苯二甲酸氢钾标准溶液碱液消耗量低于二级出水，人工配制的邻苯二甲酸氢钾标准溶液碳损失量高于二级出水。

(3)随着再生次数的增加，碱液的消耗量下降，碳的损失量增加，但相对第一次再生后，其后再生时碳的损失量的增加幅度较小。

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