活性炭吸附含鉻廢水實驗

1. 六價鉻廢水的凈化處理有哪些方法

六價鉻廢水的凈化處理方法

1．硫酸亞鐵法

廢水在反應池中用硫酸調至酸性（可省略），投加FeSO4溶液，使六價鉻還原為三價鉻，然後投加石灰乳，調節PH值至8-9，進入沉澱池沉澱分離，上清液達到排放標准後可排出回用，處理反應如下：

6FeSO4+H2Cr2O7+6H2SO4

3Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3+7H2O

Cr2(SO4)3+Fe2(SO4)3+6Ca(OH)2

2Cr(OH)3 +2Fe(SO4)3 +6CaSO4

硫酸亞鐵的投葯量應按六價鉻離子與七水合硫酸亞鐵的重量比計算確定。
其重量比為：
（1）當廢水中六價鉻離子含量小於25mg/L時，為1:40-1:50。
（2）當廢水中六價鉻離子含量為25mg/L-50mg/L時，為1:35-1:40。
（3）當廢水中六價鉻離子含量為50mg/L-100Mg/L時，為1:35。
（4）當廢水中六價鉻離子含量大於100mg/L時，為1:30。
石灰的實際投葯比為：
Ca(OH)2：Cr6+=8-15:1（重量比）

為使廢水與葯劑充分混合，一般設有壓縮空氣攪拌裝置，壓縮空氣量可採用0.1-0.2m3/min.m3(廢水)，壓力可採用80kPa-120kPa。

硫酸亞鐵-石灰法處理含鉻廢水效果較好，葯劑供應普遍，但沉渣較多。

2．亞硫酸氫鈉法

亞硫酸氫鈉法處理含鉻廢水，可以在單獨設置的廢水處理池中進行，也可以採用設在鉻化槽後的槽內進行，處理反應如下：

Cr2O7-2+3HSO3-+5H+ →2Cr3++3SO4-2+4H2O
廢水應先進行酸化，調整PH值至2.5-3。
亞硫酸氫鈉的投葯量一般可按六價鉻離子與亞硫酸氫鈉的重量比為1:3.5-1:5投加。亞硫酸氫鈉與廢水混合反應均勻後，加調整PH至6.7-7.0生成氫氧化鉻沉澱。
W=dCoFTM/CR
在槽內處理含鉻廢水時，鉻化槽後的清洗槽的有效容積除應符合工件對槽尺寸的要求外，可按下式計算：
式中 W—化學清洗槽有效容積（L）；
d—單位面積槽液帶出量（L/dm2）；
Co—回收槽溶液中六價鉻離子含量（g/L）；
F—單位時間清洗鍍件面積（dm2/h）；
T—使用周期，當採用亞硫酸氫鈉為還原劑時，不宜超過72小時；
M—還原1g六價鉻離子所需的亞硫酸鈉為3.0g-3.5g；
GR—化學清洗液中的還原劑含量。

3．鐵粉或鐵屑法

投加鐵粉或鐵屑於酸性含鉻廢水中，鐵粉或鐵屑溶解生成二價鐵離子，利用其還原作用，使六價鉻還原為三價鉻，用鹼中和，使之生成氫氧化鉻和氫氧化鐵沉澱。鐵粉或鐵屑需在酸性介質中發生氧化還原反應，電鍍廢水處理前須先酸化。

應用化學還原法處理含鉻廢水，不論廢水量多少，含鉻濃度高低，都能進行比較完全的處理，操作管理也比較簡單方便，應用較為廣泛，鹼化時一般用石灰，但渣多，用氫氧化鈉或碳酸鈉，污泥較少，價格銷貴。生成的氫氧化鉻具有膠凝性質，過濾分離較困難，一般用污泥干化法或壓濾機、離心機脫水。

化學還原法中的酸化、氧化還原、鹼化、出渣等工序手工操作勞動強度大、葯劑投入量不易控制。全自動化學法處理含鉻廢水設備採用微機控制，自動充水、自動投葯、自動排水等控制系統，能自動監測處理過程中廢水的pH和ORP（氧化還原），它不僅減輕操作勞動強度、節省化工原料消耗，且處理效果可靠，具有明顯的環境、經濟效益。

4．防鉻機處理法
含鉻廢水在直流電解作用下，鐵電極溶解產生二價鐵離子，在酸性條件下Fe2+將Cr6+還原成Cr3+，用鹼中和，Cr3+在鹼性條件下生氫氧化物沉澱，沉澱經過濾後去除。

2. 某煉油廠採用吸附進行深度處理，處理量為X m3\d,廢水COD=120 mg\L,出水要求低於30 mg\L,要求設計該吸附塔

設計任務書
一、 設計題目
活性炭吸附廢水的吸附塔設計
二、 設計任務及操作條件
1、處理水量Q=200m3/h
2、原水COD平均120mg/L
3、出水COD小於30mg/L
4、活性炭吸附量q=（0.12～0.2）g COD/g炭
5、活性炭與水接觸時間10～30min
6、污水在塔中的下降流速5～10m/h
7、反沖洗水的線速度28～32m/h
8、反沖洗時間4～10min
9、沖洗間隔時間72～144h
10、炭層沖洗膨脹率30%～50%
11、水力輸炭管道流速0.75～1.5m/s
12、水力輸炭水量與炭量體積比例10:1
三、設計內容
1、設計方案的確定及流程說明
2、吸附塔的面積、塔徑、高度、容積、活性炭質量、再生周期等計算
3、吸附塔附屬結構的選型與設計
4、吸附塔工藝流程圖
5、吸附塔計算圖
6、設計說明
7、參考文獻

設計方案和流程的說明
由於電鍍廢水中Cr6+屬於有毒重金屬離子，不能直接排放。根據國家環境標准對廢水的處理要求，考慮經濟性與實用性，選用活性炭吸附,採用二塔並聯降流式固定裝置。
吸附是一種物質在另一種物質表面上進行自動累積或濃積的現象，可以發生在氣-液，氣-固，液-液兩相之間。在污水處理中，吸附則是利用多孔性固體物質的表面吸附污水中的一種或多種污染物，從而達到凈化水質的目的。活性炭是常用吸附劑之一。
固定床吸附器最大的優點是結構簡單、造價低、吸附器磨損少、使用方便。它是污水處理中常用的吸附裝置。污水連續地流過裝有吸附劑的固定床層，被吸附後的污水連續排出。當出水水質不符合要求（即床層被穿透）時，則停止進水，將吸附劑再生。固定床根據水流方向又分為升流式和降流式兩種。降流式水流自上而下，出水水質較好，但水頭損失大，需對床層定期進行反沖洗。而升流式水流由下而上流動，這種床型水頭損失增加較慢，運行時間較降流式長。
根據處理水量、原水水質及處理要求，固定床可分為單床和多床系統，單床一般用於處理規模小的工藝。多床層又分並聯、串聯兩種，該設計根據實際要求選擇大規模處理，出水要求低的並聯方式。
設計參數選擇及計算
1、設計參數選擇
處理水量200m3/h、原水COD平均120mg/L、出水COD=30mg/L、活性炭的吸附量q=0.14gCOD/g炭、活性炭與水接觸的時間30min、污水在塔中下降的流速V=8m/h、反沖洗水的線速度28m/h、反沖洗時間6min、反沖洗間隔時間80h、炭層沖洗膨脹率45%、水力輸炭管道流速0.8m/s、水力輸炭水量與炭量體積比例10：1、炭層密度ρ=0.43t/m3。
計算
①吸附塔的面積：
2
②每個塔的面積：
2
③吸附塔直徑：

④吸附塔炭層的高度：

⑤每個吸附塔的炭層容積：
3
⑥每塔填充活性炭質量：

⑦每塔每天應處理的水量：

⑧每個吸附塔每天應吸附的值：

⑨活性炭再生周期：

三、吸附塔附屬結構的選型和設計
⒈活性炭
活性炭是最常用的非極性吸附劑，由木炭、堅果殼、煤等含碳原料經炭化與活化製得的一種多孔性含碳物質，有大的比表面積（600～1500m2/g)，吸附容量大，吸附能力強，該設計屬於液相吸附，一般用孔徑為（210-3～0.1）的活性炭。它有穩定的化學性質，易再生與再利用，來源廣、價格低。它對鉻陽離子也有還原作用；在選用活性炭處理裝置設備時應選不銹鋼材料，防止活性炭與普通鋼材接觸發生嚴重的化學腐蝕。
2. 支撐裝置
位於填料底部，安裝平穩，既要保證能夠支撐填料層的質量，又要保證液體能通暢的流動，具有耐腐蝕性，耐壓，耐沖擊。根據以上要求我們常選用不銹鋼作為支架材料。
液體分布裝置
讓液體分布裝置設在塔頂，讓廢水均勻的分
布在填料表面，設備的耐腐性強。考慮易於維修又使布水
均勻，且具有一定的水力沖刷強度及直徑大小，選用
不銹鋼材料的可拆卸多孔管布水裝置。
4.液體出口裝置
沉降式,出口位於塔底。管與塔接觸部分密封性好，防止出現液封現象，保證出水通暢流出，還要防腐蝕，耐壓，耐沖擊。選排水管的直徑為100mm，多用價格低、容易得的鑄鐵。
5．反沖洗設備
防止堵塞，設在吸附層的下方，孔管布水，孔徑為10mm，使沖洗水在整個底部平面均勻分布，沖洗時間為6min,每80h沖洗一次。以長久利益來看，選用費用高，操作簡單，能較長時間向塔內輸水，泵小、耗電較均勻的沖洗水塔來排沖洗後的水。
四、吸附塔工藝流程圖 吹出氣
A、B並聯吸附，C再生； 加料
下一個階段是：A再生，B、
C並聯吸附；再下一個階段
是：A、C並聯吸附時，B再
生。這樣以此類推。 A B C

產品
部分產品用作再生氣

吸附塔計算圖
設計說明
1、設計要求：
①處理水量大、出水水質高、可回收、吸附劑可再生、設備耐腐性強。
②採用柱狀活性炭進行吸附，不易堵塞。若用粉末活性炭吸附，要防火防爆，而且對設備要求也高，投資高，麻煩。
③反沖洗時要讓沖洗水均勻分布，有足夠的沖洗時間，沖洗後的水要及時排出。
④活性炭的再生:吸附劑在達到吸附飽和後，必須進行脫附再生才能重復使用。所謂再生，及在吸附劑本身不發生或很少發生變化的情況下，用某種方法把吸附質從吸附劑空隙中除去，恢復它的吸附能力，這樣就可以大大的減少水處理運行成本。再生分為：加熱再生法，化學氧化再生法，溶劑再生法。我們選用加熱再生法，它是目前最常用最有效的一種再生方法。其再生步驟如下：
a. 脫水：使活性炭和含鉻電鍍廢水進行分離。
b. 乾燥：加熱到100～150℃，將吸附在活性炭細孔中的水分蒸發出來，同時使一部分低沸點的有機物也夠揮發出來。
c. 炭化：加熱到300～700℃，使高沸點有機物熱分解，一部分低沸點有機物揮發，另一部分被炭化留在活性炭細孔中。
d. 活化：加熱到700～1000℃，將炭化階段留在活性炭細孔中的殘留物用活化氣體（如水蒸汽、CO2及O2）進行氧化反應，反應產物以氣態形式逸出，達到重新造孔的目的。
e. 冷卻：把活化後的活性炭用水急劇冷卻，防止氧化。

主要設計參數：
參 數 內容 吸附塔面積A 每個塔面積A』 吸附塔直徑D 吸附塔炭層高度h 每個塔炭層的容積V 每塔填充活性炭質量M 每塔每天應處理水量Q1 每個吸附塔每天吸附COD值 活性炭在生周期T
數 值 25m2 12．5m2 4m 4m 50m3 21．5t 2400t 216kg/d 14d

影響吸附的因素：
①吸附劑的種類：一般來說，極性吸附劑易吸收極性吸附質，非極性吸附劑易吸收非極性吸附質。
②活性炭的比表面積：比表面積（600～1500m2/g)越大，吸附能力越強，吸附量越大。
③孔結構：孔徑越大，比表面積越小，吸附能力差。該設計屬於液相吸附,孔徑一般為（210-3～0.1）。
④ 溫度：其他條件不變的條件下，低溫有利吸附，升溫有利脫附。
⑤pH值：在酸性溶液中，活性炭的吸附率要比在鹼性溶液中高一些。
⑥接觸時間： 在進行吸附操作時，應保證吸附質與活性炭有一定的接觸時間，使吸附接近平衡，以充分利用活性炭的吸附能力。吸附速度越大，吸附時間就越短。
七、參考文獻
《環境工程原理》 化學工業出版社 主編：張柏欽，王文選 2003,7
《水污染控制技術》 化學工業出版社 主編：王金梅，薛敘明 2004,3

3. 活性污泥吸附性能測定的意義是什麼

研究了復合生物吸附劑FY01 和活性污泥處理含鉻電鍍廢水的吸附性能。結果表明，鉻的生物吸附分為快速吸附和緩慢吸附兩個階段。FY01 具有良好的吸附穩定性，對廢水的pH 適應能力強，當pH=2.5~6 時，10 g·L-1FY01 和5 g·L-1 污泥曝氣處理2 000 mL 電鍍廢水2 h 後，68.6 mg·L-1 含鉻通用電鍍廢水中總鉻的去除率達71.5~75.6%；50.1 mg·L-1含鉻康力電鍍廢水中總鉻的去除率高達80.0~90.0%。FY01 和活性污泥具有良好的協同促進作用，10 g·L-1 FY01 和15 g·L-1 污泥對通用電鍍廢水、康力電鍍廢水中鉻的聯合去除率分別高達97.7%和88.1%，比兩者單獨處理電鍍廢水的除鉻率總和分別高出39.8%、44.6%。

關鍵詞：生物吸附劑；鉻；電鍍廢水；活性污泥

中圖分類號: X703.1 文獻標識碼:A 文章編號: 1008-8873(2006)04-335-04

含鉻電鍍廢水對人體及其它生物具有強烈的三致效應[1]。對該類廢水的妥善處理，已成了電鍍行業中一個必須解決的環境問題[2, 3]。由於現階段應用於鉻、銅等重金屬廢水處理的化學法、離子交換法、電解法、活性炭吸附法等處理技術[4, 5]具有費用較高、易產生二次污染等缺點。因此，近年來人們一直在致力於環保型重金屬廢水處理技術和工藝的研究與開發[6, 7]。生物吸附法具有價廉、高效、無二次污染、吸附材料來源廣泛等優點[8]，已成為重金屬廢水處理的研究熱點[9]。

本文以復合生物吸附劑(FY01)和活性污泥作為生物吸附材料，在曝氣的條件下，對通用電鍍廢水和康力電鍍廢水中鉻的生物吸附性能進行了研究，同時也探討了FY01 與污泥的協同作用。期盼本文的研究工作能為重金屬生物吸附的研究和開發提供一個新的思路。

1 材料與方法

1.1 廢水和污泥

通用電鍍廢水：採集於廣東省廣州市某電鍍廠，總Cr、Cr6+、Cu、CODCr、pH 分別為68.6 mg·L-1、66.0 mg·L-1、3.35 mg·L-1、67 mg·L-1、3.30。

康力電鍍廢水：採集於廣東省陽江市某電鍍廠，總Cr、Cr6+、Cu、CODCr、pH 分別為150.4 mg·L-1、138.3 mg·L-1、4.62 mg·L-1、120 mg·L-1、2.15。

康力電鍍廢水稀釋水樣：利用去離子水對康力電鍍廢水進行稀釋，總Cr、Cr6+、Cu、CODCr 分別為50.1 mg·L-1、46.1 mg·L-1、1.54 mg·L-1、40 mg·L-1。

石化污泥：採集於中國石油化工股份有限公司廣州分公司污水處理廠，含水率約84 %。

1.2 復合生物吸附劑(FY01)

取枯草桿菌(Bacillus subtilis) 、擲孢酵母（ SPOrobolomycetaceae sp. YJS ）、產朊假絲酵母(Candida utilis)、黑麴黴(Aspergillus niger)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、酵母屬(Saceharomyces)、根霉屬(Rhizopus)等微生物和電鍍廠內受污染土壤復合馴化。提取馴化後的復合菌體與聚苯乙烯膠球體和植物碎片混合物混合，制備成含水量約為80 %、含菌量為108~109 CFU·g-1的復合生物吸附劑。

1.3 吸附實驗

取復合生物吸附劑10 g·L-1、污泥5 g·L-1，投加於2000 mL 的電鍍廢水中，調節pH 值，曝氣吸附2 h，取處理後水樣測定總鉻含量。

1.4 分析方法

總Cr 和Cr6+採用二苯碳醯二肼顯色法測定；銅採用原子吸收法測定，所用原子吸收分光光度計是北京第二光學儀器廠的WFX-1C；COD 採用重鉻酸鉀法測定；pH 由上海雷磁廠生產的PHS－3C 型pH 計測定。

2 結果與分析

2.1 電鍍廢水pH 對吸附的影響

與目前公布的高吸附飽和量的單菌株生物吸附劑相比，FY01 對廢水pH 的適應能力具有較明顯的優勢[3,6]。當廢水pH=2.5~6 時，10 g·L-1 復合吸附劑和5 g·L-1 石化污泥處理通用電鍍廢水2 h 後，對68.6 mg·L-1總Cr 的去除達71.5~75.6 %，銅的去除達97 %以上，結果如圖1 所示；當稀釋後的康力電鍍廢水pH 調至2.5~6 時，50.1 mg·L-1 總Cr 的去除率高達80.0~90.0 %，銅的去除達99 %以上，結果表明FY01 具有較強的耐廢水pH 沖擊的能力(見圖2)。這主要是由於本研究制備的FY01 是由多菌種組成，部分菌種對鉻、銅等重金屬具有較強的生物吸附效果和體內積累性能；部分從長期被電鍍廢水、廢渣污染的土壤中馴化出的微生物，已對高濃度重金屬具有較強的解毒能力。菌群中不同的菌種對鉻和銅的吸附具有不同的適宜pH 值(如擲孢酵母的適宜pH=2~4，產朊假絲酵母的適宜pH=2~3) [10]。當這些菌處於動態平衡時，便構成了較寬的適宜pH 平台值。

通用電鍍廢水的pH 在適宜吸附的pH 范圍內，以下有關該廢水的研究均在原水pH 下進行；而康力電鍍廢水的pH 則調至3.5。因為該pH 值與大部分金屬表面加工行業的含重金屬廢水的pH 值接近；同時，該值處於適宜pH 平台值的中部，易於調控，研究結果在實際應用中具有較好的參考價值。

2.2 處理時間對電鍍廢水的吸附實驗

圖3 結果表明，鉻的生物去除可分為2 個階段。在吸附開始的較短時間內，鉻的去除率快速增長，可能這是FY01 對鉻進行表面吸附的階段。其中，當吸附時間小於0.5 h 時，康力廢水中鉻的去除處於快速增長階段，去除率與處理時間的反應方程式和相關系數r 分別為y = 136.46 x + 3.8017、0.9853，變化趨勢呈較強的線性相關。0.5 h 後，鉻的去除進入緩慢增長階段。可能此時FY01 對鉻的吸附主要以跨細胞膜的體內積累為主，通用電鍍廢水中鉻的去除曲線也具有類似的變化趨勢。

4. 活性炭在污水的深度處理中的作用有哪些

活性炭有發達的微孔結構和較高的比表面積，具有強的物理吸附能力，能有效地吸附廢水中的Cr （ Ⅵ） .活性炭的表面存在大量的含氧基團如羥基（- OH） 、羧基（-COOH） 等，它們都有靜電吸附功能，對Cr （ Ⅵ） 產生化學吸附作用。可以用於處理電鍍廢水中的Cr （ Ⅵ） ，吸附後的廢水可達到排放。活性炭處理含鉻廢水，吸附性能穩定，處理效率高，操作費用低。
活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能。

5. 活性炭包能直接放在水缸里凈水嗎

可以。

應該先把活性炭洗凈後放入水中，並接要保證投入量才能夠有較好的效果。

由於活性炭對水的預處理要求高，而且活性炭的價格昂貴，因此局早在廢水處理中，活性炭主要用來去除廢水中的微量污染物，以達到深度褲臘運凈化的目的。

活性炭表面存在大量的含氧基團如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等，它們都有靜電吸附功能，對六價鉻產生化學吸附作用，能有效地吸附廢水中的六價鉻，吸附後的廢水可達到國家排放標准。

(5)活性炭吸附含鉻廢水實驗擴展閱讀：

活性炭主要吸附甲醛和苯，活性炭尤其是椰維炭，是一種比較廉價和實用胡梁的方法，特點是物理內吸附，吸附徹底，不易造成二次污染，活性炭的物理作用除臭，去容毒；無任何化學添加劑，對人身無影響。

利用活性炭處理含鉻廢水是活性炭對溶液中六價鉻的物理吸附、化學吸附、化學還原等綜合作用的結果。活性炭處理含鉻廢水，吸附性能穩定，處理效率高，操作費用低，有一定的社會效益和經濟效益。因此，用活性炭處理含鉻廢水已得到廣泛應用。