兰炭末吸附法在处理电脱盐废水中的应用研究

张晓虹

（宁夏宁东科技创业投资有限公司，宁夏银川 750002）

近年来，随着中国经济社会的快速发展，环保成为化工生产高度关注的焦点问题[1]。电脱盐废水是一种来自石油电脱盐工序产生的含盐有机废水，占炼油厂废水的3%左右，具有水质差、成分复杂、色度低、COD 值高等特点[2-6]。目前，国内电脱盐废水采用重力分离、旋流分离、化学破乳、超声波破乳等隔油预处理技术后[7-8]，石油类物质含量低于200 mg/L，COD 值低于1 000 mg/L时，直接排入厂区污水处理系统。但是传统技术预处理后COD 值依然较高，平均达到3 000 mg/L 左右[9-11]，大大增加了后端污水处理系统的运行压力，导致日常运行稳定性差、操作成本高等难题。

兰炭末是一种高温炭化的兰炭废料，具有较高的比表面积、吸附性能好、机械强度好、化学活性高、低灰、低硫等特点[12-13]。另外，兰炭末来源广泛，价格便宜，可作为一种工业废水吸附剂广泛使用[14-15]。本文选用粒径大于15 mm 的兰炭末作为电脱盐废水吸附剂，经过静态吸附和动态吸附评价实验、扫描电镜（SEM）表征分析等，研究了兰炭末对电脱盐废水吸附饱和时间、吸附效率和吸附装置等。

1 实验部分

1.1 实验原料与仪器

振荡器（SHZ-C 型）；电热鼓风干燥箱（SL101FM-1型）；抽滤机（SHZ-Ⅲ型）；M 电热套（KD 型）；电导率仪（DDS-11A 型）；分光光度计（722S 型）；pH 计（PHS-25型）；动态吸附模拟装置（自制）；物理吸附仪（ASAP 2060 型）；SEM 扫描电子显微镜。

电脱盐废水（中国石油宁夏炼化公司，石油类物质含量1 050 mg/L，COD 值为13 000 mg/L）；高锰酸钾（分析纯）；兰炭末样品1#、2#（1# 为中大孔兰炭末、2#为微孔兰炭末，参数见表1，宁夏金圆化工有限公司）。

表1 兰炭末性能参数

1.2 电脱盐废水吸附评价系统设计

动态吸附评价实验方法：开启电源，完成系统试漏检查后，装填兰炭末至吸附柱内部，废水箱加入电脱盐废水，打开开关阀，开启整套评价装置。设定流速，启动污水泵，电脱盐废水经过油水分离器和两级兰炭末吸附柱，石油类物质分离后进入废液箱6，吸附净化后的废水进入废液箱12（图1）。

图1 兰炭末电脱盐废水吸附评价系统示意图

1.3 吸附剂预处理

为避免吸附剂颗粒过细造成吸流损和压降，将兰炭末1# 和2#样品经60 目筛子筛分，取筛上部分作为废液吸附剂开展电脱盐废水的静态和动态吸附评价实验。

1.4 静态吸附评价实验

1.4.1 吸附剂孔径对吸附效果的影响 取兰炭末1#和2#样品各15 g，置于500 mL 锥形瓶中，分别加入100 mL 电脱盐废水。常温下，在振荡器中以150 r/min的振荡速率振荡2 h，测定COD 值。

1.4.2 吸附剂投加量对吸附效果的影响 选1.4.1 中最佳兰炭末样品，取5、10、15、20、25、30、35 g 兰炭末置于500 mL 锥形瓶中，分别加入100 mL 电脱盐废水。常温下，在振荡器中以150 r/min 的振荡速率振荡2 h，测定COD 值。

1.4.3 分离因素和饱和吸附时间 分别取15 g 兰炭末、100 mL 电脱盐废水放置7 个500 mL 锥形瓶内，在振荡器中以150 r/min 的振荡速率振荡，每隔30 min取一个样进行测试。

1.5 动态吸附评价实验

1.5.1 吸附剂填装量与废液流量的关系 取120、150、200、300 g 的吸附剂分别填充于吸附柱中，在流速为0.6 L/h 的情况下稳定流动10 min，然后测定出口废液的COD 值，并观察填料上层废液累积情况。

1.5.2 动态吸附评价实验 选取吸附剂最佳填装量填充至两级吸附柱内部，调节废液泵流量为0.6 L/h，启动泵，常温下每隔60 min 取样一次进行COD 值测试。

2 结果与讨论

2.1 静态吸附结果

常温下，不同孔径的兰炭末对电脱盐废水中有机物的去除影响见图2～图4。由图2 可知，中大孔兰炭末吸附剂对电脱盐废水的吸附效果较好，兰炭末投加量越大，电脱盐废水COD 值降低越大。在兰炭末的投加量为12 g、吸附2 h 后，可将电脱盐废水COD 值降低到1 000 mg/L 以下。由图3 可知，吸附剂投加量一定时，废水COD 值随时间增大而降低。在投加量为20 g、吸附时间为3 h 时，达到兰炭末耗竭点。由图4 可知，在兰炭末吸附废水过程中，废水电导率和pH 值都不随吸附时间变化而变化。

图2 投加量对电脱盐废水COD 值的影响

图3 不同吸附时间对去除COD 值影响

图4 吸附时间对电脱盐废水的pH 值和电导率的影响

2.2 动态吸附结果

兰炭末与电脱盐废水质量比大于4∶1 时，常温下稳定吸附10 min，填料层上端压降正常无积液，可将COD 值由13 000 mg/L 左右降低至1 000 mg/L 以下（图5）（固液比为吸附柱内投入兰炭末的量与每小时通过废水量的比值）。当吸附柱高径比为4∶1 时，流速为0.6 L/h，常温下，兰炭末吸附6 h 达到耗竭点（兰炭末穿透），8 h 内可以保持废水COD 值在1 000 mg/L以下（图6）。

图5 固液比对COD 值的影响

图6 吸附时间对COD 值的影响

2.3 表征与分析

对兰炭末进行表征分析（图7、图8）。由图7、图8可知，1#中大孔兰炭末在吸附饱和后，中大孔兰炭末逐渐变为微孔孔隙结构的兰炭末；1#中大孔兰炭末在吸附饱和后，原有的中大孔大部分被所吸附有机组分堵塞，中大孔结构缩小明显。

图7 1#样品吸附饱和前SEM 图

图8 1#样品吸附饱和后SEM 图

3 结论

（1）电脱盐废水中的大分子有机物较多，中大孔兰炭末更有利于COD 值去除，但随着吸附时间的延长，中大孔堵塞并逐渐向微孔过渡，吸附效率也随着逐渐下降。

（2）粒径15 mm 以上的中大孔兰炭末，吸附塔填料高径比4∶1，废液流速为0.6 L/h 时，电脱盐废水中COD 值的去除率可达92.3%，最大吸附时间为10 h。

（3）兰炭末处理电脱盐废水COD 值效果显著，1 t兰炭末可处理10 t 废水，吸附后兰炭末可作为锅炉燃料使用，节能且无二次污染。