焦化廢水是工業(yè)廢水中較難降解的廢水之一。在國(guó)內(nèi)，焦化廢水處理多采用生化法，其處理后的出水COD 仍高于150 mg/L，有的甚至高達(dá)500 mg/L以上，遠(yuǎn)不能達(dá)標(biāo)排放。經(jīng)生化處理后的焦化廢水稱為焦化尾水，其有機(jī)污染物除了殘余的烷烴外，還含有許多烯烴、羥基、酰胺基、磺酰胺基和硝基等生色團(tuán)，并且還含有—NH2、—NHR、—NR2、—OR、—OH、—SH 等助色團(tuán)，致使焦化尾水色度仍然很高。焦化尾水B/C 較低，不適宜再采用生化法處理。通過(guò)試驗(yàn)表明：用活性炭吸附處理焦化尾水，不但可以有效去除COD，還可以起到良好的脫色、除臭效果。

1 試驗(yàn)部分
 
1.1 試驗(yàn)水質(zhì)
 
試驗(yàn)所用廢水來(lái)自某鋼廠焦化尾水，其COD 在150~200 mg/L 之間，略帶棕黃色，色度在20 倍左右，有刺激性氣味。

1.2 試驗(yàn)步驟
 
取200 mL 廢水置于250 mL 燒杯中，先用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)該廢水的pH 至指定值，再將燒杯置于恒溫水浴鍋內(nèi)，調(diào)節(jié)水浴鍋溫度至指定值； 待燒杯中廢水溫度穩(wěn)定后，加入一定劑量的粉末活性炭； 用電磁攪拌器對(duì)廢水進(jìn)行攪拌，攪拌一定時(shí)間后，測(cè)定廢水COD 和色度。

1.3 分析方法
 
pH：pHS-25 型酸度計(jì)；COD： 重鉻酸鉀法；色度：稀釋倍數(shù)法。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
 
2.1 吸附劑的選擇
 
對(duì)原始吸附劑焦炭（江蘇沙鋼集團(tuán)）、顆粒活性炭（河南佰科活性炭廠）、粉末活性炭（河南佰科活性炭廠）進(jìn)行改性處理并與未改性時(shí)的吸附效果作對(duì)比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1。

原始吸附劑選用焦炭和活性炭。焦炭是煉鐵工業(yè)常采用的還原劑，進(jìn)行吸附處理后的焦炭仍可用于煉鐵而不影響其還原效果，可以實(shí)現(xiàn)資源綜合利用；而活性炭具有無(wú)數(shù)細(xì)小孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積大，具有很好的物理吸附以及化學(xué)吸附效果，已得到廣泛的應(yīng)用。

由于焦炭和活性炭都是炭質(zhì)吸附劑，故焦炭的改性也仿照活性炭改性進(jìn)行。對(duì)焦炭和活性炭采用的改性方法主要包括：表面氧化改性、酸堿改性。表面氧化改性主要是用強(qiáng)氧化劑在適當(dāng)?shù)臏囟认聦?duì)活性炭表面進(jìn)行氧化處理，從而提高其表面的含氧酸性基團(tuán)的含量、增強(qiáng)表面的極性、降低零電點(diǎn)pH，而表面極性較強(qiáng)的活性炭易吸附極性物質(zhì)。

酸堿改性是利用酸、堿等物質(zhì)處理活性炭，使活性炭表面官能團(tuán)發(fā)生改變，改善其對(duì)金屬離子的吸附能力，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整活性炭表面的官能團(tuán)，從而達(dá)到所需的吸附效果。經(jīng)過(guò)酸堿改性，不但可以增加含氧酸性官能團(tuán)，還可以得到適宜的表面pH，從而獲得高吸附量和吸附速度。

由表 1 可知，經(jīng)過(guò)表面氧化改性后的焦炭和活性炭吸附效果有所下降，而經(jīng)過(guò)酸堿改性和碳酸鈉改性的焦炭吸附效果優(yōu)于原始焦炭吸附效果。分析原因可能是吸附劑對(duì)于焦化尾水有機(jī)物的吸附多是物理吸附而不是化學(xué)吸附，且有機(jī)物可能多是極性低或無(wú)極性有機(jī)物，而且經(jīng)過(guò)表面氧化改性后吸附劑孔塌陷造成的孔容積減少也可能是導(dǎo)致吸附劑吸附能力降低的原因之一。故最終選擇原始粉末活性炭作為焦化尾水的吸附劑進(jìn)行靜態(tài)吸附試驗(yàn)。

2.2 不同pH 對(duì)COD 和色度去除效果的影響
 
采用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)廢水pH 分別為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，向不同pH 的焦化尾水中各投加200 mg/L 的粉末活性炭，15 ℃攪拌靜態(tài)吸附45 min，粉末活性炭對(duì)焦化尾水COD 和色度的去除效果如圖 1 所示。

 活性炭的吸附性能受pH 的影響，當(dāng)pH 較低的時(shí)候，溶液中的大量H+會(huì)和活性炭表面的—OH 等結(jié)合，即活性炭的活性中心會(huì)和H+結(jié)合，使有機(jī)物沒(méi)有被充分吸附；隨著pH 的升高，在活性炭表面吸附的H+會(huì)發(fā)生離解，使活性炭的活性中心暴露，便可以吸附更多的有機(jī)物；當(dāng)溶液pH 再繼續(xù)升高，溶液中的OH-會(huì)和吸附質(zhì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，故又會(huì)使有機(jī)物的吸附效果受到限制。由圖 1 可知，粉末活性炭對(duì)焦化尾水COD 和色度的去除在酸性條件下效果較好，在pH≈3 的時(shí)候去除效果達(dá)到最佳值，最佳COD 去除率為42.9%，最佳脫色率為92.7%，而在強(qiáng)酸性、中性及強(qiáng)堿性條件下去除效果不佳。故確定最佳pH=3。

2.3 不同活性炭用量對(duì)COD 和色度去除效果的影響
 
向初始pH=3 的焦化尾水中分別投加0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.5 g/L 的粉末活性炭，15 ℃攪拌靜態(tài)吸附45 min，粉末活性炭對(duì)焦化尾水COD和色度的去除效果如圖 2 所示。

 在COD 和色度一定的前提下，隨著活性炭投加量的增加，可供吸附的吸附點(diǎn)位增加，使得吸附劑上被吸附的吸附質(zhì)總量增加，當(dāng)達(dá)到吸附平衡，再繼續(xù)增加活性炭投加量，COD 和色度的去除率便不再增加。由圖 2 可知，隨著活性炭劑量的增加對(duì)于COD和色度的去除率逐漸增加，當(dāng)粉末活性炭投加質(zhì)量濃度為1.0 g/L 時(shí)，COD 去除率達(dá)到最佳值43.7%，脫色率達(dá)到最佳值91.2%。故確定最佳活性炭投加質(zhì)量濃度為1.0 g/L。

2.4 不同吸附時(shí)間對(duì)COD 和色度去除效果的影響
 
向初始pH=3 的焦化尾水中投加1.0 g/L 的粉末活性炭，15 ℃攪拌分別靜態(tài)吸附5、10、15、20、25、30、40 、50、60 min，粉末活性炭對(duì)焦化尾水COD 和色度的去除效果如圖 3 所示。

 在活性炭吸附初期，由于COD 和色度較高，濃度梯度大，使得活性炭具有較快的吸附速率，隨著吸附的進(jìn)行，溶液與吸附劑之間的有機(jī)物濃度梯度逐漸減少，使得吸附推動(dòng)力也隨之減少，導(dǎo)致吸附速度減緩；另一方面，初始吸附的時(shí)候有機(jī)物主要被活性炭吸附在表面上，隨著吸附反應(yīng)的進(jìn)行，被吸附的有機(jī)物逐漸向活性炭?jī)?nèi)部孔隙過(guò)渡，吸附量逐漸增加，直至吸附達(dá)到平衡。由圖 3 可知，在吸附初始的5~10 min，有機(jī)物被活性炭迅速吸附，到吸附至40 min，基本達(dá)到吸附平衡，在此條件下，COD 最佳去除率為45.2%，最佳脫色率為91.1%。綜合考慮COD 去除率和脫色率，確定最佳吸附時(shí)間為40 min。2.5 不同吸附溫度對(duì)COD 和色度去除效果的影響向初始pH=3 的焦化尾水中投加1.0 g/L 的粉末活性炭，分別于15、20、30 、40、50、60 ℃攪拌靜態(tài)吸附40 min，粉末活性炭對(duì)焦化尾水COD 和色度的去除效果如圖 4 所示。

 活性炭的吸附過(guò)程是放熱過(guò)程，低溫有利于吸附過(guò)程的發(fā)生。溫度升高對(duì)吸附的影響主要體現(xiàn)在兩方面：一方面，溫度升高使得水的黏度降低，在相同的攪拌強(qiáng)度下，吸附劑與吸附質(zhì)能充分接觸，同時(shí)溫度升高也能促進(jìn)吸附質(zhì)向活性炭?jī)?nèi)部微孔的擴(kuò)散從而增加吸附作用；另一方面，溫度升高也能加快分子熱運(yùn)動(dòng)，使吸附質(zhì)分子振動(dòng)能增加，加快活性炭的脫附作用。由圖 4 可知，在15~60 ℃，在溫度的雙重作用下，活性炭的吸附作用發(fā)生震蕩，但從總的趨勢(shì)看，溫度對(duì)COD 和色度的去除影響不大。綜合考慮活性炭對(duì)COD 和色度的去除效果，確定最佳吸附溫度為30 ℃，在最佳吸附溫度下，COD 去除率53.1%，脫色率為99.6%。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論
 
（1）對(duì)焦化尾水進(jìn)行物理吸附靜態(tài)試驗(yàn)，最佳吸附操作條件為pH=3，活性炭投加質(zhì)量濃度為1.0 g/L，吸附時(shí)間為40 min，吸附溫度為30 ℃，在最佳操作條件下，COD 去除率為53.1%，脫色率為99.6%。

（2）焦化尾水經(jīng)過(guò)活性炭吸附后，水質(zhì)可達(dá)到《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13456—1992）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。