脫灰煤基活性炭吸附處理含鎘廢水技術(shù)
工業(yè)含鎘廢水的排放是我國當(dāng)前鎘廢水的主要來源，且其對于水資源的污染十分嚴(yán)重。我國對于工業(yè)廢水中鎘廢水的最高排放質(zhì)量濃度設(shè)定為0.1mg/L-1，目前卻很難有企業(yè)達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，也就造成了鎘廢水處理問題的日益嚴(yán)重化。在鎘廢水的處理中，主要有化學(xué)法、物理法和微生物法3種。其中，利用脫灰煤基活性炭吸附法處理含鎘廢水屬于物理法中的一種，具有環(huán)保性，且安全可靠。
1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
在活性炭吸附處理含鎘廢水中，可以根據(jù)溶液內(nèi)離子吸附前后的濃度差計(jì)算出活性炭的吸附效果，以此作為理論依據(jù)，處理含鎘廢水。
1.1 材料與儀器
本次實(shí)驗(yàn)中，選取活性炭E1，進(jìn)行樣品過篩，得到30目(613mm)活性炭。再對活性炭進(jìn)行氧化，得到脫灰煤基活性炭。再準(zhǔn)備1000mg/L溶液備用，作為含鎘廢水備用。
原子吸收光譜儀，原子吸收分光光度計(jì)，鎘空心陰極燈，紫光分光光度計(jì)，電熱恒溫水浴鍋，天平，pH計(jì)，干燥箱，滴管，容量瓶，移液管1支，抽濾瓶，漏斗，溫度計(jì)，電路，燒杯和濾紙若干。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1)鎘離子測定：將準(zhǔn)備好的溶液用原子吸收的方式，在波長為220.0nm的狀態(tài)系測試其吸光度，并由相關(guān)曲線求出其濃度。
2)活性炭吸附容量測定：取100mL鎘溶液和pH計(jì)到燒杯中，取一定量的活性炭，將溫度設(shè)置到吸附溫度后，抽濾，測定濾出液體的pH值和鎘離子濃度，并計(jì)算出活性炭吸附容量。
3)吸附速度測定：取一定量的活性炭，放置到鎘溶液中，測定鎘溶液中活性炭的濃度，采用時(shí)間對比的方式畫出吸附速度曲線。
1.3 活性炭吸附測定
1)表面酸度測量：取0.5g活性炭+20mLNaOH放于燒瓶中，于80℃之下加熱6h，再與未用過的NaOH進(jìn)行對比。
2)再生測量：取0.2g活性炭，借助不同的再生劑對其進(jìn)行再生，待一定的時(shí)間后進(jìn)行洗滌烘干，再進(jìn)行第2次吸附。保證外部環(huán)境一定的情況下，觀察對比第1次、第2次的吸附效果，并以此計(jì)算吸附量和再生率。
2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
2.1 吸附量計(jì)算
式中：Q0代表了溶液最大吸附量；Ce代表了活性炭處理后剩余的濃度；q代表了活性炭的吸附量；K代表常數(shù)。
2.2 吸附速度計(jì)算
吸附速度是溶質(zhì)擴(kuò)散到炭表面的速度，從而占領(lǐng)炭表面空隙的時(shí)間。在溶液的吸附速度計(jì)算中，通過對吸附濃度、時(shí)間等數(shù)據(jù)的掌握，可以計(jì)算出吸附速度，見公式(2)。
3、脫灰煤基活性炭吸附處理含鎘廢水
3.1 活性炭吸附效果
標(biāo)準(zhǔn)曲線圖如圖1所示。
3.2 各因素對吸附能力的影響
3.2.1 吸附時(shí)間對活性炭吸附能力的影響
活性炭在吸附鎘離子時(shí)，常常會收到孔結(jié)構(gòu)、碳量等影響，從而影響吸附時(shí)間。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，活性炭在吸附鎘離子時(shí)，剛開始比較快，隨著時(shí)間的延長，吸附量變化不大，其吸附平均時(shí)間以3d最佳，如表1所示。
3.2.2 活性炭用量對吸附能力的影響
相同的溶液，隨著活性炭的增加，其濃度降低，且鎘離子也減少。在活性炭吸附鎘離子中，可以通過適當(dāng)增加活性炭的用量，保證污水處理。在本次實(shí)驗(yàn)中，選取0.2g活性炭。結(jié)果見表2。
3.2.3 pH對吸附能力的影響
在活性炭的吸附中，其主要原理是物理吸附。但也有因?yàn)榛钚蕴勘砻嫜趸锏脑蚨x擇化學(xué)吸附的。吸附量與pH值關(guān)系見圖2。
據(jù)相關(guān)資料報(bào)道，活性炭在吸附鎘離子時(shí)，其最合適的pH值為5。在本次實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)pH<3時(shí)，其吸附量為1mg/g；當(dāng)pH值=5時(shí)，其吸附量減少。pH值增大，吸附的鎘離子減少。有圖2可知，當(dāng)pH在5.5左右，其吸附能力最佳。
3.2.4溶液質(zhì)量濃度對吸附能力的影響(見表3)
在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)中，相同條件下，溶液濃度越高，吸附效果越好，去除率越低。因此，合理利用溶液濃度處理鎘廢水，有利于廢水處理，進(jìn)而優(yōu)化工廠的廢水處理技術(shù)，促進(jìn)工廠廢水排放達(dá)標(biāo)，保證人民的用水安全。
3.2.5 溫度對吸附能力的影響
本次實(shí)驗(yàn)選用15mg/L的溶液，將其放置到三角燒瓶中，再取用0.2g活性炭，對其進(jìn)行不同溫度的2H抽濾，測定溶液鎘離子的濃度。
從物理學(xué)的角度講，活性炭在吸附的過程中處于放熱狀態(tài)，所以外界高溫不利于活性炭的吸附。但在本次實(shí)驗(yàn)中，隨著溫度的增高，活性炭的吸附能力增強(qiáng)，見圖3。由此可以看出，活性炭對于鎘離子的吸附屬于化學(xué)吸附。在活性炭處于化學(xué)吸附的情況下，吸附能力會隨著溫度的升高而增強(qiáng)。溫度升高，活性炭內(nèi)部的分子和離子處于活躍狀態(tài)，從而導(dǎo)致其運(yùn)動加大，吸附速度加快，吸附量增加。
4、結(jié)束語
在實(shí)際處理廢水中，通過脫灰煤基活性炭吸附含鎘廢水可以有效地降低廢水中鎘離子，進(jìn)而促進(jìn)廢水處理后達(dá)標(biāo)。利用活性炭吸附技術(shù)處理廢水，不僅能夠提高我國水資源的利用率，而且能夠促進(jìn)我國廢水處理技術(shù)的完善，具有一定的實(shí)用性。（來源：大同煤業(yè)金鼎活性炭有限公司）