活性炭吸附含铬废水实验

1. 六价铬废水的净化处理有哪些方法

六价铬废水的净化处理方法

1．硫酸亚铁法

废水在反应池中用硫酸调至酸性（可省略），投加FeSO4溶液，使六价铬还原为三价铬，然后投加石灰乳，调节PH值至8-9，进入沉淀池沉淀分离，上清液达到排放标准后可排出回用，处理反应如下：

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

硫酸亚铁的投药量应按六价铬离子与七水合硫酸亚铁的重量比计算确定。
其重量比为：
（1）当废水中六价铬离子含量小于25mg/L时，为1:40-1:50。
（2）当废水中六价铬离子含量为25mg/L-50mg/L时，为1:35-1:40。
（3）当废水中六价铬离子含量为50mg/L-100Mg/L时，为1:35。
（4）当废水中六价铬离子含量大于100mg/L时，为1:30。
石灰的实际投药比为：
Ca(OH)2：Cr6+=8-15:1（重量比）

为使废水与药剂充分混合，一般设有压缩空气搅拌装置，压缩空气量可采用0.1-0.2m3/min.m3(废水)，压力可采用80kPa-120kPa。

硫酸亚铁-石灰法处理含铬废水效果较好，药剂供应普遍，但沉渣较多。

2．亚硫酸氢钠法

亚硫酸氢钠法处理含铬废水，可以在单独设置的废水处理池中进行，也可以采用设在铬化槽后的槽内进行，处理反应如下：

Cr2O7-2+3HSO3-+5H+ →2Cr3++3SO4-2+4H2O
废水应先进行酸化，调整PH值至2.5-3。
亚硫酸氢钠的投药量一般可按六价铬离子与亚硫酸氢钠的重量比为1:3.5-1:5投加。亚硫酸氢钠与废水混合反应均匀后，加调整PH至6.7-7.0生成氢氧化铬沉淀。
W=dCoFTM/CR
在槽内处理含铬废水时，铬化槽后的清洗槽的有效容积除应符合工件对槽尺寸的要求外，可按下式计算：
式中 W—化学清洗槽有效容积（L）；
d—单位面积槽液带出量（L/dm2）；
Co—回收槽溶液中六价铬离子含量（g/L）；
F—单位时间清洗镀件面积（dm2/h）；
T—使用周期，当采用亚硫酸氢钠为还原剂时，不宜超过72小时；
M—还原1g六价铬离子所需的亚硫酸钠为3.0g-3.5g；
GR—化学清洗液中的还原剂含量。

3．铁粉或铁屑法

投加铁粉或铁屑于酸性含铬废水中，铁粉或铁屑溶解生成二价铁离子，利用其还原作用，使六价铬还原为三价铬，用碱中和，使之生成氢氧化铬和氢氧化铁沉淀。铁粉或铁屑需在酸性介质中发生氧化还原反应，电镀废水处理前须先酸化。

应用化学还原法处理含铬废水，不论废水量多少，含铬浓度高低，都能进行比较完全的处理，操作管理也比较简单方便，应用较为广泛，碱化时一般用石灰，但渣多，用氢氧化钠或碳酸钠，污泥较少，价格销贵。生成的氢氧化铬具有胶凝性质，过滤分离较困难，一般用污泥干化法或压滤机、离心机脱水。

化学还原法中的酸化、氧化还原、碱化、出渣等工序手工操作劳动强度大、药剂投入量不易控制。全自动化学法处理含铬废水设备采用微机控制，自动充水、自动投药、自动排水等控制系统，能自动监测处理过程中废水的pH和ORP（氧化还原），它不仅减轻操作劳动强度、节省化工原料消耗，且处理效果可靠，具有明显的环境、经济效益。

4．防铬机处理法
含铬废水在直流电解作用下，铁电极溶解产生二价铁离子，在酸性条件下Fe2+将Cr6+还原成Cr3+，用碱中和，Cr3+在碱性条件下生氢氧化物沉淀，沉淀经过滤后去除。

2. 某炼油厂采用吸附进行深度处理，处理量为X m3\d,废水COD=120 mg\L,出水要求低于30 mg\L,要求设计该吸附塔

设计任务书
一、 设计题目
活性炭吸附废水的吸附塔设计
二、 设计任务及操作条件
1、处理水量Q=200m3/h
2、原水COD平均120mg/L
3、出水COD小于30mg/L
4、活性炭吸附量q=（0.12～0.2）g COD/g炭
5、活性炭与水接触时间10～30min
6、污水在塔中的下降流速5～10m/h
7、反冲洗水的线速度28～32m/h
8、反冲洗时间4～10min
9、冲洗间隔时间72～144h
10、炭层冲洗膨胀率30%～50%
11、水力输炭管道流速0.75～1.5m/s
12、水力输炭水量与炭量体积比例10:1
三、设计内容
1、设计方案的确定及流程说明
2、吸附塔的面积、塔径、高度、容积、活性炭质量、再生周期等计算
3、吸附塔附属结构的选型与设计
4、吸附塔工艺流程图
5、吸附塔计算图
6、设计说明
7、参考文献

设计方案和流程的说明
由于电镀废水中Cr6+属于有毒重金属离子，不能直接排放。根据国家环境标准对废水的处理要求，考虑经济性与实用性，选用活性炭吸附,采用二塔并联降流式固定装置。
吸附是一种物质在另一种物质表面上进行自动累积或浓积的现象，可以发生在气-液，气-固，液-液两相之间。在污水处理中，吸附则是利用多孔性固体物质的表面吸附污水中的一种或多种污染物，从而达到净化水质的目的。活性炭是常用吸附剂之一。
固定床吸附器最大的优点是结构简单、造价低、吸附器磨损少、使用方便。它是污水处理中常用的吸附装置。污水连续地流过装有吸附剂的固定床层，被吸附后的污水连续排出。当出水水质不符合要求（即床层被穿透）时，则停止进水，将吸附剂再生。固定床根据水流方向又分为升流式和降流式两种。降流式水流自上而下，出水水质较好，但水头损失大，需对床层定期进行反冲洗。而升流式水流由下而上流动，这种床型水头损失增加较慢，运行时间较降流式长。
根据处理水量、原水水质及处理要求，固定床可分为单床和多床系统，单床一般用于处理规模小的工艺。多床层又分并联、串联两种，该设计根据实际要求选择大规模处理，出水要求低的并联方式。
设计参数选择及计算
1、设计参数选择
处理水量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、活性炭与水接触的时间30min、污水在塔中下降的流速V=8m/h、反冲洗水的线速度28m/h、反冲洗时间6min、反冲洗间隔时间80h、炭层冲洗膨胀率45%、水力输炭管道流速0.8m/s、水力输炭水量与炭量体积比例10：1、炭层密度ρ=0.43t/m3。
计算
①吸附塔的面积：
2
②每个塔的面积：
2
③吸附塔直径：

④吸附塔炭层的高度：

⑤每个吸附塔的炭层容积：
3
⑥每塔填充活性炭质量：

⑦每塔每天应处理的水量：

⑧每个吸附塔每天应吸附的值：

⑨活性炭再生周期：

三、吸附塔附属结构的选型和设计
⒈活性炭
活性炭是最常用的非极性吸附剂，由木炭、坚果壳、煤等含碳原料经炭化与活化制得的一种多孔性含碳物质，有大的比表面积（600～1500m2/g)，吸附容量大，吸附能力强，该设计属于液相吸附，一般用孔径为（210-3～0.1）的活性炭。它有稳定的化学性质，易再生与再利用，来源广、价格低。它对铬阳离子也有还原作用；在选用活性炭处理装置设备时应选不锈钢材料，防止活性炭与普通钢材接触发生严重的化学腐蚀。
2. 支撑装置
位于填料底部，安装平稳，既要保证能够支撑填料层的质量，又要保证液体能通畅的流动，具有耐腐蚀性，耐压，耐冲击。根据以上要求我们常选用不锈钢作为支架材料。
液体分布装置
让液体分布装置设在塔顶，让废水均匀的分
布在填料表面，设备的耐腐性强。考虑易于维修又使布水
均匀，且具有一定的水力冲刷强度及直径大小，选用
不锈钢材料的可拆卸多孔管布水装置。
4.液体出口装置
沉降式,出口位于塔底。管与塔接触部分密封性好，防止出现液封现象，保证出水通畅流出，还要防腐蚀，耐压，耐冲击。选排水管的直径为100mm，多用价格低、容易得的铸铁。
5．反冲洗设备
防止堵塞，设在吸附层的下方，孔管布水，孔径为10mm，使冲洗水在整个底部平面均匀分布，冲洗时间为6min,每80h冲洗一次。以长久利益来看，选用费用高，操作简单，能较长时间向塔内输水，泵小、耗电较均匀的冲洗水塔来排冲洗后的水。
四、吸附塔工艺流程图 吹出气
A、B并联吸附，C再生； 加料
下一个阶段是：A再生，B、
C并联吸附；再下一个阶段
是：A、C并联吸附时，B再
生。这样以此类推。 A B C

产品
部分产品用作再生气

吸附塔计算图
设计说明
1、设计要求：
①处理水量大、出水水质高、可回收、吸附剂可再生、设备耐腐性强。
②采用柱状活性炭进行吸附，不易堵塞。若用粉末活性炭吸附，要防火防爆，而且对设备要求也高，投资高，麻烦。
③反冲洗时要让冲洗水均匀分布，有足够的冲洗时间，冲洗后的水要及时排出。
④活性炭的再生:吸附剂在达到吸附饱和后，必须进行脱附再生才能重复使用。所谓再生，及在吸附剂本身不发生或很少发生变化的情况下，用某种方法把吸附质从吸附剂空隙中除去，恢复它的吸附能力，这样就可以大大的减少水处理运行成本。再生分为：加热再生法，化学氧化再生法，溶剂再生法。我们选用加热再生法，它是目前最常用最有效的一种再生方法。其再生步骤如下：
a. 脱水：使活性炭和含铬电镀废水进行分离。
b. 干燥：加热到100～150℃，将吸附在活性炭细孔中的水分蒸发出来，同时使一部分低沸点的有机物也够挥发出来。
c. 炭化：加热到300～700℃，使高沸点有机物热分解，一部分低沸点有机物挥发，另一部分被炭化留在活性炭细孔中。
d. 活化：加热到700～1000℃，将炭化阶段留在活性炭细孔中的残留物用活化气体（如水蒸汽、CO2及O2）进行氧化反应，反应产物以气态形式逸出，达到重新造孔的目的。
e. 冷却：把活化后的活性炭用水急剧冷却，防止氧化。

主要设计参数：
参 数 内容 吸附塔面积A 每个塔面积A’ 吸附塔直径D 吸附塔炭层高度h 每个塔炭层的容积V 每塔填充活性炭质量M 每塔每天应处理水量Q1 每个吸附塔每天吸附COD值 活性炭在生周期T
数 值 25m2 12．5m2 4m 4m 50m3 21．5t 2400t 216kg/d 14d

影响吸附的因素：
①吸附剂的种类：一般来说，极性吸附剂易吸收极性吸附质，非极性吸附剂易吸收非极性吸附质。
②活性炭的比表面积：比表面积（600～1500m2/g)越大，吸附能力越强，吸附量越大。
③孔结构：孔径越大，比表面积越小，吸附能力差。该设计属于液相吸附,孔径一般为（210-3～0.1）。
④ 温度：其他条件不变的条件下，低温有利吸附，升温有利脱附。
⑤pH值：在酸性溶液中，活性炭的吸附率要比在碱性溶液中高一些。
⑥接触时间： 在进行吸附操作时，应保证吸附质与活性炭有一定的接触时间，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，吸附时间就越短。
七、参考文献
《环境工程原理》 化学工业出版社 主编：张柏钦，王文选 2003,7
《水污染控制技术》 化学工业出版社 主编：王金梅，薛叙明 2004,3

3. 活性污泥吸附性能测定的意义是什么

研究了复合生物吸附剂FY01 和活性污泥处理含铬电镀废水的吸附性能。结果表明，铬的生物吸附分为快速吸附和缓慢吸附两个阶段。FY01 具有良好的吸附稳定性，对废水的pH 适应能力强，当pH=2.5~6 时，10 g·L-1FY01 和5 g·L-1 污泥曝气处理2 000 mL 电镀废水2 h 后，68.6 mg·L-1 含铬通用电镀废水中总铬的去除率达71.5~75.6%；50.1 mg·L-1含铬康力电镀废水中总铬的去除率高达80.0~90.0%。FY01 和活性污泥具有良好的协同促进作用，10 g·L-1 FY01 和15 g·L-1 污泥对通用电镀废水、康力电镀废水中铬的联合去除率分别高达97.7%和88.1%，比两者单独处理电镀废水的除铬率总和分别高出39.8%、44.6%。

关键词：生物吸附剂；铬；电镀废水；活性污泥

中图分类号: X703.1 文献标识码:A 文章编号: 1008-8873(2006)04-335-04

含铬电镀废水对人体及其它生物具有强烈的三致效应[1]。对该类废水的妥善处理，已成了电镀行业中一个必须解决的环境问题[2, 3]。由于现阶段应用于铬、铜等重金属废水处理的化学法、离子交换法、电解法、活性炭吸附法等处理技术[4, 5]具有费用较高、易产生二次污染等缺点。因此，近年来人们一直在致力于环保型重金属废水处理技术和工艺的研究与开发[6, 7]。生物吸附法具有价廉、高效、无二次污染、吸附材料来源广泛等优点[8]，已成为重金属废水处理的研究热点[9]。

本文以复合生物吸附剂(FY01)和活性污泥作为生物吸附材料，在曝气的条件下，对通用电镀废水和康力电镀废水中铬的生物吸附性能进行了研究，同时也探讨了FY01 与污泥的协同作用。期盼本文的研究工作能为重金属生物吸附的研究和开发提供一个新的思路。

1 材料与方法

1.1 废水和污泥

通用电镀废水：采集于广东省广州市某电镀厂，总Cr、Cr6+、Cu、CODCr、pH 分别为68.6 mg·L-1、66.0 mg·L-1、3.35 mg·L-1、67 mg·L-1、3.30。

康力电镀废水：采集于广东省阳江市某电镀厂，总Cr、Cr6+、Cu、CODCr、pH 分别为150.4 mg·L-1、138.3 mg·L-1、4.62 mg·L-1、120 mg·L-1、2.15。

康力电镀废水稀释水样：利用去离子水对康力电镀废水进行稀释，总Cr、Cr6+、Cu、CODCr 分别为50.1 mg·L-1、46.1 mg·L-1、1.54 mg·L-1、40 mg·L-1。

石化污泥：采集于中国石油化工股份有限公司广州分公司污水处理厂，含水率约84 %。

1.2 复合生物吸附剂(FY01)

取枯草杆菌(Bacillus subtilis) 、掷孢酵母（ SPOrobolomycetaceae sp. YJS ）、产朊假丝酵母(Candida utilis)、黑曲霉(Aspergillus niger)、芽孢杆菌属(Bacillus)、酵母属(Saceharomyces)、根霉属(Rhizopus)等微生物和电镀厂内受污染土壤复合驯化。提取驯化后的复合菌体与聚苯乙烯胶球体和植物碎片混合物混合，制备成含水量约为80 %、含菌量为108~109 CFU·g-1的复合生物吸附剂。

1.3 吸附实验

取复合生物吸附剂10 g·L-1、污泥5 g·L-1，投加于2000 mL 的电镀废水中，调节pH 值，曝气吸附2 h，取处理后水样测定总铬含量。

1.4 分析方法

总Cr 和Cr6+采用二苯碳酰二肼显色法测定；铜采用原子吸收法测定，所用原子吸收分光光度计是北京第二光学仪器厂的WFX-1C；COD 采用重铬酸钾法测定；pH 由上海雷磁厂生产的PHS－3C 型pH 计测定。

2 结果与分析

2.1 电镀废水pH 对吸附的影响

与目前公布的高吸附饱和量的单菌株生物吸附剂相比，FY01 对废水pH 的适应能力具有较明显的优势[3,6]。当废水pH=2.5~6 时，10 g·L-1 复合吸附剂和5 g·L-1 石化污泥处理通用电镀废水2 h 后，对68.6 mg·L-1总Cr 的去除达71.5~75.6 %，铜的去除达97 %以上，结果如图1 所示；当稀释后的康力电镀废水pH 调至2.5~6 时，50.1 mg·L-1 总Cr 的去除率高达80.0~90.0 %，铜的去除达99 %以上，结果表明FY01 具有较强的耐废水pH 冲击的能力(见图2)。这主要是由于本研究制备的FY01 是由多菌种组成，部分菌种对铬、铜等重金属具有较强的生物吸附效果和体内积累性能；部分从长期被电镀废水、废渣污染的土壤中驯化出的微生物，已对高浓度重金属具有较强的解毒能力。菌群中不同的菌种对铬和铜的吸附具有不同的适宜pH 值(如掷孢酵母的适宜pH=2~4，产朊假丝酵母的适宜pH=2~3) [10]。当这些菌处于动态平衡时，便构成了较宽的适宜pH 平台值。

通用电镀废水的pH 在适宜吸附的pH 范围内，以下有关该废水的研究均在原水pH 下进行；而康力电镀废水的pH 则调至3.5。因为该pH 值与大部分金属表面加工行业的含重金属废水的pH 值接近；同时，该值处于适宜pH 平台值的中部，易于调控，研究结果在实际应用中具有较好的参考价值。

2.2 处理时间对电镀废水的吸附实验

图3 结果表明，铬的生物去除可分为2 个阶段。在吸附开始的较短时间内，铬的去除率快速增长，可能这是FY01 对铬进行表面吸附的阶段。其中，当吸附时间小于0.5 h 时，康力废水中铬的去除处于快速增长阶段，去除率与处理时间的反应方程式和相关系数r 分别为y = 136.46 x + 3.8017、0.9853，变化趋势呈较强的线性相关。0.5 h 后，铬的去除进入缓慢增长阶段。可能此时FY01 对铬的吸附主要以跨细胞膜的体内积累为主，通用电镀废水中铬的去除曲线也具有类似的变化趋势。

4. 活性炭在污水的深度处理中的作用有哪些

活性炭有发达的微孔结构和较高的比表面积，具有强的物理吸附能力，能有效地吸附废水中的Cr （ Ⅵ） .活性炭的表面存在大量的含氧基团如羟基（- OH） 、羧基（-COOH） 等，它们都有静电吸附功能，对Cr （ Ⅵ） 产生化学吸附作用。可以用于处理电镀废水中的Cr （ Ⅵ） ，吸附后的废水可达到排放。活性炭处理含铬废水，吸附性能稳定，处理效率高，操作费用低。
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净水吗

可以。

应该先把活性炭洗净后放入水中，并接要保证投入量才能够有较好的效果。

由于活性炭对水的预处理要求高，而且活性炭的价格昂贵，因此局早在废水处理中，活性炭主要用来去除废水中的微量污染物，以达到深度裤腊运净化的目的。

活性炭表面存在大量的含氧基团如羟基（-OH）、羧基（-COOH）等，它们都有静电吸附功能，对六价铬产生化学吸附作用，能有效地吸附废水中的六价铬，吸附后的废水可达到国家排放标准。

(5)活性炭吸附含铬废水实验扩展阅读：

活性炭主要吸附甲醛和苯，活性炭尤其是椰维炭，是一种比较廉价和实用胡梁的方法，特点是物理内吸附，吸附彻底，不易造成二次污染，活性炭的物理作用除臭，去容毒；无任何化学添加剂，对人身无影响。

利用活性炭处理含铬废水是活性炭对溶液中六价铬的物理吸附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。活性炭处理含铬废水，吸附性能稳定，处理效率高，操作费用低，有一定的社会效益和经济效益。因此，用活性炭处理含铬废水已得到广泛应用。