活性炭和次氯酸钠协同在处理废水过程中的应用

2021-10-29董瑞国李剑波宋彦哲唐恒建李天涯刘勇

化工管理 2021年28期

董瑞国，李剑波，宋彦哲，唐恒建，李天涯，刘勇*

(1. 国家橡胶助剂工程技术研究中心，山东阳谷 252300；2.北京化工大学材料科学与工程学院，北京 100029)

0 引言

活性炭是木炭的另外一种形式，因为具有较大的比表面积以及较好的吸附能力而得到了广泛的应用[1-2]，其中活性炭在水过滤以及水处理方面应用最多。在生产活性炭时，加热是获得活性炭最直接的方式，通过加热能够将炭中气体排出从而产生较多的孔。活性炭在放大镜下呈现出褶皱的形态，由于这些褶皱，使其具有较大的比表面积，从而在吸附领域得到了广泛的应用[3-5]。在医学领域，活性炭能够用来治疗因中毒引起的疾病，其原理为活性炭能在毒素到达肠道前对毒素进行吸附，减少人体吸附毒素的几率[6-7]。活性炭除了在废水处理以及医学方面的应用外，在食品行业、化学领域也都有很广泛的应用。

活性炭的吸附主要以物理吸附为主，虽然具有良好的吸附能力，但是，当吸附的物质达到饱和后需要重新活化才能再次使用，其操作繁琐而且费用比较贵[8-9]。次氯酸钠也是处理废水的重要材料之一，主要以化学氧化为主，但是，次氯酸钠易分解挥发，造成有效氯利用率低，浪费严重[10-12]。为了解决活性炭和次氯酸钠的上述缺点，本文提出将活性炭和次氯酸钠协同使用，来降低次氯酸钠有效成分的挥发，同时使活性炭在吸附次氯酸钠后还能提高活性。

1 实验材料和仪器

滴定台、JK-25型恒温加热器、次氯酸钠滴加装置、增力电动搅拌器、烧杯、碘量瓶、移液管、塑料容器(30 L、5 L各一个)均采用常规仪器。

活性炭(河南巩仪宇清净水材料有限公司提供样品)、次氯酸钠溶液(山东阳谷华泰化工股份有限公司提供样品，有效氯的含量为14%～15%)、重铬酸钾(优级纯)、硫酸汞、硫酸亚铁胺、硫酸银、硫酸亚铁、浓硫酸、邻菲罗林均为分析纯，采购自北京国药集团、实验室用水为一次蒸馏水，污水水样来源于山东某公司污水车间，化学需氧量(chemical oxygen demand，COD)值按GB 11914—1989检测。

2 实验方案

本研究采用如下实验方案：(1)单用活性炭作为吸附剂来考察其对废水中有机物的吸附效果。(2)单加次氯酸钠溶液(按污水体积的2‰比例加入)考察其对废水中有机物的氧化作用效果。(3)投加次氯酸钠溶液的基础上再考察活性炭对废水中有机物的吸附效果，从而确定二者之间是否具有协同作用。

操作具体如下：污水实验水样用浓硫酸调节其pH=5～6，用增力电动搅拌器做为混合装置，水的流速为60 mL/min，取样间隔时间为1 h。然后对COD值变化情况进行测量统计。

3 结果讨论

3.1 单独用活性炭时COD值变化情况

表1为在不同时间间隔内取样后测得的COD值，通过表1可以看出，当间隔时间为5 h时，COD的值最小为659 mg/L，随着时间的增加COD值逐渐增大。说明活性炭在间隔时间为5 h内具有良好的吸附作用，当大于5 h后活性炭的吸附能力下降，使得在去除废水中的可氧化废料时需要的氧量增加。通过表1我们还可以看出，相邻间隔时间段的COD差值在3 h左右时最大。说明在单独使用活性炭作为吸附剂时，在短时间达到良好去除废水中有机物的时间为3 h。

表1 单独使用活性炭时COD值

3.2 单独使用次氯酸钠对COD值的影响

表2为单独使用次氯酸钠时不同间隔时间下的COD值，通过表2可以看出，当间隔取样时间为4 h时COD的值最小，其数值为766 mg/L，说明在间隔取样时间为4 h时能够获得最佳的效果。从表2中我们还可以看到，当间断取样时间为2 h时的COD差值最大为449 mg/L，能够得出当单独使用次氯酸钠来处理废水时效率最高为2 h。

表2 单独使用次氯酸钠时COD值

3.3 活性炭与次氯酸钠协同使用对COD的影响

表3为活性炭和次氯酸钠协同使用时，对COD值以及对间隔时间COD差值的影响。通过表3可以看出，两者协同使用时，废水中COD值显著降低，与使用单一处理剂相比，能够实现更好的水处理效果。说明采用活性炭以及次氯酸钠两者协同能够实现更好的水处理能力。

表3 活性炭和次氯酸钠协同使用对COD值的影响

3.4 最佳pH值的确定

次氯酸和次氯酸根离子的标准电极电位如下：

由此可见，HOCl比OCl-氧化能力要强的多，因此，氯氧化法在酸性溶液中较为有利。溶液的pH值影响到溶质的存在状态，也影响到吸附剂表面电荷特性和化学特性，进而影响到吸附效果。所以，要想获得理想的处理效果，需要选择最佳的pH值，具体实验操作如下：固定次氯酸钠溶液的投加量为2‰，其他操作条件同上，测得不同pH值条件下COD的去除率，相关数据如表4所示。

从表4中COD值变化趋势可知，在pH值为5时，COD值有最高点，说明pH值在5时系统有最佳处理效果，考虑到国家对污水的排放指标(GB 8978—1996)要求，我们选择pH=6为最佳操作条件。

表4 不同pH下COD的去除率

3.5 次氯酸钠溶液最佳投加量的确定

一般来说，去除污水中的有机污染物的量是随着次氯酸钠的投加量的增加而增大，但从污水处理的经济性角度考虑，需要寻找一个最佳次氯酸钠溶液的投加量。具体实验操作如下：改变氯酸钠溶液的投加量，其他操作条件同上，测得COD值和相关数据如表5所示。从表5中的COD值的变化趋势来分析，次氯酸钠溶液投加量在2‰时COD值有最小值，说明次氯酸钠溶液最佳投加量为2‰，另外，次氯酸钠溶液投加量超过2.5‰时COD值不降低反而升高，说明次氯酸钠溶液并不是投加的越多效果就会越好。