活性炭混凝吸附去除焦化废水中的有机物

　　焦化废水是焦化厂在煤焦化、煤气净化、副产品回收等过程中产生的典型工业废水。它是一种典型的含有多种难降解化合物的有机废水。生物方法通常用于处理焦化废水，因为它们高效且经济。然而，焦化废水二次生化出水的COD值一般在150mg/L以上，残留有几种难降解有机物，如芳烃、长链烷烃、苯系烃和多环芳烃。混凝吸附可有效去除生物处理焦化废水中残留的有机物，廉价高效的吸附剂有利于该技术的广泛应用。在本研究中，采用活性炭以混凝作为预处理工艺处理焦化废水中的有机物。

　　混凝吸附处理

　　凝固实验在室温下进行。聚合氯化铝(10g/L)用作凝结剂。最初以250r/秒的速度混合200mL焦化废水30秒。加入混凝剂后，系统以200r/秒的速度再混合90秒。然后，将速度降低到40r/秒，持续30分钟。最后，让混合物静置30分钟，并用注射器在溶液表面以下约2cm处提取上清液样品以进行进一步分析。混凝预处理后，在室温下用20mL焦化废水进行吸附，pH值在7-8之间，振动速度为200rpm/秒。然后，将溶液通过0.45μm纤维素膜过滤器过滤以供进一步分析。

　　混凝结合活性炭吸附去除亲水和疏水成分

　　焦化废水中的溶解有机物分为三个不同的组分：亲水部分、转亲部分和疏水部分。在原废水中，疏水部分是主要成分，占COD的76.69%(图1)。转亲部分所占比例最小，仅占COD的4.38%。混凝和活性炭吸附后，混凝和活性炭吸附对有机组分的去除率排序为疏水部分(77.31%)>亲水部分(18.52%)>转亲部分(2.32%)，而混凝和活性炭吸附的去除率依次为疏水部分(75.68%)>转亲部分(44.66%)>亲水部分(21.15%)。碳质材料通常表现出很强的疏水性，因此本研究中使用的两种吸附剂对疏水部分的亲和力大于对亲水部分和转亲部分的亲和力。本研究中吸附剂对疏水部分的去除效率高于其他对焦化废水的研究。尽管活性炭对转亲部分的去除效率较低，但由于转亲部分在原废水中所占比例很小，因此活性炭实现了有效的COD去除(图1a)。

　　图1：(a)焦化废水中溶解有机物组合的比例(b、c)混凝和活性炭处理后溶解有机物组合的比例(d)混凝联合活性炭处理对溶解有机物组合的去除效率。

　　有机物去除特性的荧光区域积分(FRI)分析

　　在原废水和混凝废水的EEM光谱中检测到三个主要的荧光峰(I、II、III)，如图2所示。Ex/Em的中心波长约为220/295nm、230/355nm和280/355nm，分别对应于类酪氨酸、类色氨酸和可溶性微生物副产物。在两种活性炭处理后，流出物中不存在三个主要荧光峰(图2c、d)。

　　图2：(a)原废水、(b)混凝流出物、(c)活性炭吸附流出物和(d)第二种活性炭吸附流出物的EEM光谱。

　　活性炭的可重用性

　　为了评估活性炭的可重复使用性，对活性炭进行了吸附-解吸实验。经过四个吸附-解吸循环后，活性炭吸附对焦化废水中COD的吸附效率仅降低了约10%(图3)，表明活性炭具有良好的可重复使用性。此外，使用NaOH作为再生剂的方法具有成本效益高的优点。总之，这些表明本研究中生产的活性炭在实际废水处理中具有巨大的应用潜力。

　　图3：活性炭的吸附-解吸性能。

　　活性炭混凝吸附去除焦化废水中的有机物，对吸附剂进行了表征，并系统地研究了它们对有机物的去除特性。焦化废水经过混凝和活性炭吸附后，有机污染物得到有效去除，出水COD低于排放限值。与对照吸附剂相比，活性炭在COD去除方面表现出相似的性能，吸附速度更快，并且对焦化废水中的主要有机成分疏水性有机物(77.31%)的去除效果更高。分析结果表明，活性炭对疏水性类色氨酸物质的去除效率最高(分别为98.78%和98.55%)，对复杂有机化合物和有色物质也有较好的去除效果。