活性炭吸附处理涂装废水中苯酚的实验研究

摘要:在涂装工作当中会产生含有苯、甲苯、苯酚等物质的有机工业废水。而含有酚类的废水对环境和动植物可造成严重危害。目前酚类废水处理技术主要有电解法、生物法、高级氧化法、吸附法等。其中，吸附法是目前较为有效的一种处理方法。通过正交实验考察了温度、pH值、吸附剂投加量、吸附时间等因素对活性炭脱除苯酚的影响。在实验研究的基础上，探讨了活性炭吸附苯酚过程中的热力学、动力学以及吸附机理。为后续制造活性炭污水处理设备，提供了实验数据和理论支持。

我国每年在煤化工、石油化工、制药、油漆等化工行业都会有大量酚类有机污染废水产生。美国国家环保局在1972年就已经将酚类有机污染物列入129种优先处理的污染物黑名单。

在酚类有机污染废水中，苯酚及其衍生物占了很大一部分。苯酚类污染物一旦释放到环境中，就可能在地下水、地表水和土壤中积累。

苯酚废水无论是对动物还是植物都会产生严重危害,且其性质稳定，治理难度较高。

苯酚还能够使蛋白质凝固变性，对人类有着潜在的致癌性、诱变性和致畸性，苯酚及其蒸汽具有腐蚀性，对眼睛、皮肤和呼吸道都会造成一定的危害。

反复或长期接触苯酚还可能会导致皮炎，甚至引起烧伤，长期吸入苯酚蒸汽还会引起肺水肿等疾病。

苯酚废水如果不事先进行令人满意的处理,将对公众造成重大影响，增加健康风险以及对水生生态系统造成严重的威胁。在中国，生态环境部 （MEE）规定城市污水处理厂废水中苯酚含量在排放时质量浓度不得高于0.3 mg/L。

1苯酚废水的处理方法

随着对酚类有机废水危害性研究的日益深入，世界各国的科学家都在将研究重点放在对酚类废水的处理技术和方法上。

目前对苯酚废水处理常用且有效的方法大致可分为三种，即物理、化学和生物处理方法。

其中物理处理方法中的吸附法在处理含酚废水中具有很大的优越性，其优势主要表现在

（1）处理酚类废水的装置和操作简便，不受外界条件的限制；

（2）处理程度高，效果稳定,无二次污染；

（3）吸附质可再生重复利用。

随着对吸附机理和吸附性能等研究的不断深入,吸附法在含酚废水处理的应用，将会有更加广阔的前景。活性炭是目前对去除工业有机废水中苯酚及其衍生物最经济也是最有效的方法。

2实验部分

（1） 设计正交实验以确定各因素对苯酚吸附去除性能影响的主次顺序。选取对吸附效果影响显著几个因素。以吸附量和去除率为考察标准，进行正交实验研究。通过实验结果可以计算出极差值，从而确定每个因素对吸附剂吸附去除吸附质的影响大小。

（2） 吸附动力学与热力学吸附动力学特征对于深入了解吸附机理非常重要。目前对于吸附动力学的相关研究，主要是采用准一级动力学模型和准二级动力学模型。吸附剂对苯酚的吸附去除能力以理论饱和吸附量作为衡量的标准。主要采用的吸附等温线模型有Langmuir和Freundlich吸附等温模型。

3实验结果

3.1正交实验

根据前期实验确定活性炭吸附苯酚影响较大的4个因素即活性炭投加量、pH值、吸附时间和苯酚模拟废水的初始浓度作为考察因素。

表1采用正交实验水平和因素。

通过正交实验确定了每个单因素对吸附剂去除苯酚效果的影响显著程度，结果如表2所示。苯酚模拟废水的初始浓度在活性炭吸附去除苯酚的过程中影响显著极差为32.20%，说明在吸附过程中起到主要影响作用。其次是活性炭的投加量极差为21.21%。吸附时间和pH值的极差分别为9.02%和3. 04%,表明这2个因素对吸附效果影响较小。

3.2活性炭吸附苯酚的动力学与热力学

3.2.1吸附动力学

对吸附数据进行吸附动力学研究，准一级动力学和准二级动力学拟合结果如图1所示,拟合参数如表3所示。可以看出准二级动力学的相关参数(R²)高于准一级动力学模型,q。实测值与计算值的偏差准二级动力学模型为0.47相比于准一级动力学模型的0.92更加接近于实测值，说明活性炭对苯酚的吸附更加符合二级动力学模型,表明在苯酚的吸附过程中吸附与活性炭上的吸附位点有关,活性炭吸附苯酚主要是化学吸附。

3.2.2吸附热力学

活性炭对苯酚的理论饱和吸附量是衡量吸附去除能力的重要考察指标。在等温条件下，表征溶液中固体表面的吸附现象,即固体表面吸附量和溶液平衡浓度之间的关系。由图2和表4可知活性炭吸附苯酚更加符合Freundlich吸附等温模型(图2B)。Freundlich方程中吸附相关常数n值的大小代表吸附剂吸附苯酚的性能强度，由表可以看出，n值都大于1,说明活性炭对苯酚有良好的吸附能力。通过吸附等温线计算出热力学参数可以确定温度升高有利于活性炭对苯酚吸附的自发进行。

4结论

评估了活性炭吸附剂对水溶液中的苯酚进行吸附的效果。研究发现，苯酚吸附率和吸附量在很大程度上取决于水溶液的pH值、吸附剂的用量、初始苯酚浓度以及接触时间。热力学分析表明，吸附过程是吸热的，是自发的。对苯酚的整个吸附过程符合准二级动力学模型,Freundlich等温线模型能很好的描述活性炭对苯酚吸附。通过实验研究，确认了活性炭处理苯酚废水的可能性,为后续公司使用活性炭处理涂装废水中苯酚,提供了实验数据和理论支撑。

谢良成，刘继霞,晏学兵，等.活性炭吸附处理涂装废水中苯酚的实验研究[J].山东化工,2023,52(2):206-208.