1、 本科毕业论文 （ 20 届） 活性炭处理染料废水实验研究 所在学院 专业班级 环境科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文 目录 目录 摘要 .I Abstract . II 引言 . 1 1 绪论 . 2 1.1 活性炭 . 2 1.1.1 活性炭的吸附 . 2 1.1.2 影响活性炭吸附的因素 . 3 1.2 活性炭在染 料废水中的应用与研究现状 . 3 1.2.1 染料废水的来源及特点 . 3 1.2.2 活性炭处理染料废水国内外研究现状 . 3 1.2.3 活性炭吸附 法处理染料废水 . 4 1.3 活性炭再生 . 4 1.3.1 热再生法 . 5 1.3
2、.2 生物再生法 . 5 1.3.3 湿式氧化再生法 . 5 1.3.4 溶剂再生法 . 5 1.3.5 电化学再生法 . 6 1.3.6 超临界流体再生法 . 6 1.3.7 超声波再生法 . 6 1.3.8 微波辐照再生法 . 7 1.3.9 催化湿式氧化法 . 7 1.4 活性炭处理染料废水的展望 . 7 2 实验方法与材料 . 8 2.1 实验仪器 . 8 2.2 实验试剂 . 8 2.3 方法原理 . 8 2.4 试剂及其配置 . 8 2.5 仪器及设备 . 9 2.6 实验步骤 . 9 2.6.1 活性炭的预处理 . 9 2.6.2 工作曲线的测定 . 9 2.6.3 不同温度下的
3、等温吸附线 . 9 2.6.4 动力学吸附 . 10 本科毕业论文 目录 2.6.5PH值的影响 . 10 2.6.6 活性炭用量的影响 . 11 2.6.7 活性炭的再生 . 11 3 实验结果与分析 . 12 3.1 数据记录与讨论 . 12 3.1.1 工作曲线的绘制 . 12 3.1.2 不同温度下的等温吸附线 . 13 3.1.3 活性炭动力学吸附 . 16 3.1.4PH值对活性炭吸附的影响 . 20 3.1.5 活性炭用量的影响 . 22 3.1.6 活性炭再生 . 23 结论 . 25 参考文献 . 27 附译文 .错误 !未定义书签。 致谢 .错误 !未定义书签。 本科毕业论
4、文 中文摘要 I 活性炭处理染料废水实验研究 摘要 活性炭具有很强的吸附能力，因此被广泛的应用于染料废水的处理中。本文通过介绍活性炭的特征以及活性炭对染料废水处理的应用和发展现状，研究用两种不同活性炭（粗活性炭和细活性炭），分别处理两种不同染料（亚甲基蓝染料和甲基橙染料），比较它们在不同温度下的等温吸附线、不同 PH 值、不同浓度下的吸附能力的大小，以及对活性炭再生性能的探索。研究表明：活性炭的吸附能力受到活性炭种类，温度， PH 值，以及活性炭用量等的影响。不同的吸 附环境，会对活性炭的吸附产生直接影响。因此，找到一个适合的环境，使活性炭的用量尽可能少，又能使处理染料废水的效果达到较高的水平
5、，就显得非常重要。通过研究，并 进一步了解活性炭处理染料废水的应用前景及发展趋势。 关键词 活性炭；吸附；亚甲基蓝；甲基橙；染料废水 本科毕业论文 英文摘要 II The study of Active Carbon Used in Treatment of Dyeing Wastewater Abstract Active carbon has strong capacity of adsorption and is widely used in the treatment of dyeing wastewater. This article introduced activated car
6、bon by the basic conditions and the treatment of the activated carbon application and development.Research two different cative carbon（ thick and thin, cative carbon） to deal with two different （ methylene blue dye and methyl orange dye） .Compare with they are in different temperature and different
7、ph and different concentration. The ability of adsorption, and with cative carbon renewable performance of exploration. The studies show that the capacity of absorption cative carbon species, the temperature and ph value and volume in the activated charcoal.The different adsorption environment will
8、be active carbon adhering to the immediate impact. Therefore, find a suitable environment, active carbon usage as seldom as possible and to deal with the effect of the water reached a high level, it is very important. Through research,and further information the treatment of activated carbon with th
9、e practical application and development trend. Key words active carbon;adsorption; dyeing wastewater 本科毕业论文 引言 1 引言 我国是一个人均淡水资源及其匮乏的国家，然而随着工业的不断发展，染料的应用越来越广泛，已经涉及到国名经济的各个领域，印染行业对水的需求量不断增加，而与此同时，产生的染料废水也相应的不断增加，这使得我们人均饮用水资源更加的缺少。染料废水色度深、成分复杂、有机物含量大 ,如果不经处理直接排放就会给环境带来严重污染。因此，如何采取对染料废水的处 理，使其转化为二次可供使用的
10、水，就显得及其重要。 染料废水的处理中 ,分散染料、还原染料、硫化染料、冰染料及分子量较大的部分水溶性染料废水用混凝法进行脱色处理效果较好 1。但对于分子量较小的水溶性染料 ,如酸性、活性、阳离子型等染料废水 ,由于其亲水性强而难以从废水中直接分离 ,目前大多采用化学氧化法、吸附法、生化法或它们的优化组合方法进行脱色处理。这些方法各有优缺点 ,其中吸附法是利用吸附剂对废水中污染物的吸附作用 ,以去除污染物 2。吸附剂大多为多孔性物质 ,具有较大的比表面积。而活性炭是目前最有效的吸附剂之一 ,它能有效地去除废水的色度 ,活性炭处理染料废水在国内外都有研究。 活性炭由于具有很强的吸附脱色性能，并且
11、由于其在较宽范围内对吸附质的高效吸收及其操作的简便性，因此在水处理方面使用非常广泛。而且使用活性炭处理的工业废水，不仅能够去除水中的有机物，而且可通过多种机理去除水中的重金属离子等无机污染物。 活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附现象，也有着化学吸附现象 3。有一些被吸附的物质先在活性炭表面上积聚浓缩，继而进入固体晶格原子或分子之间被活性炭所吸附，还有一些特殊物质则能与活性炭分子结合而被吸附。 当活性炭 对水中所含杂质吸附时，水中的溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附，同时也有一些被吸附物质由于分子的运动而离开活性炭表面，重新进入水中，即同时发生解吸现象。当吸附与解吸处于动态平衡状态时，称为吸
12、附平衡 4。 本科毕业论文 绪论 2 1 绪论 1.1 活性炭 活性炭是一种经特殊处理的炭，是具有丰富孔隙结构和巨大比表面积的炭质吸附材料，每克活性炭的表面积为 500 1200m2。活性炭具有吸附能力强、化学稳定性好、力学强度高，且可方便再生等特点，被广泛应用于工业、农业、国防、交通、医药卫生和环境保护等领域 5。作为多孔吸附剂的活性炭基本上是非 结晶性物质，它由微细的石墨状微晶和将它们连接在一起的碳氢化合物构成的，其固体部分之间的间隙形成孔隙 ,赋予活性炭所特有的吸附性能。 活性炭有很强的物理吸附和化学吸附功能 ,而且还具有解毒作用 6。解毒作用就是利用其较大的表面积，将毒物吸附在活性炭的
13、微孔中 ,从而阻止其对毒物的吸收。同时 ,活性炭能与多种化学物质结合，从而阻止这些物质吸收毒物。 活性炭是由含炭为主的物质作原料，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。活性炭含有大量微孔，具有巨大的比表面积，能有效地去除色度、臭味，可去除二级出水中大多数有机污染物和某些无 机物，包含某些有毒的重金属。影响活性炭吸附的因素有：活性炭的特性；被吸附物的特性和浓度；废水的 PH 值；悬浮固体含量等特性；接触系统及运行方式等 7。活性炭吸附是城市污水高级处理中最重要最有效的处理技术，得到广泛的应用。 1.1.1 活性炭的吸附 活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用 ,以达到净
14、化水质的目的。吸附是一种界面现象 ,与表面张力、表面能的变化有关。引起吸附的推动力有两种 :一种是溶剂水对疏水物质的排斥力 ;另一种是固体对溶质的亲和吸引力。废水处理中的吸附 ,多数是这两种力综合作用的结果。 活性炭的吸附可分为物理吸附和化学吸附 8。物理吸附主要发生在活性炭去除液相和气相杂质的过程中。活性炭的多孔结构提供了大量的表面积 ,从而使其非常容易达到吸收杂质的目的。就像磁力一样 ,所有的分子之间都具有相互引力。正因为如此 ,活性炭孔壁上大量的分子可以产生较强的吸附力 ,从而达到将介质中的杂质吸引到孔径中的目的。除了物理吸附之外 ,化学反应也经常发生在活性炭的表面。活性炭不仅含碳 ,而
15、且在其表面含有少量的化学结合、功能团形式的氧和氢 ,例如羧基、羟基、酚类、内脂类、醌类和醚类等。 这些表面上的氧化物或络合物 ,可以与 被吸附的物质发生化学反应 ,从而与被吸附物质结合聚集本科毕业论文 绪论 3 到活性炭的表面。取一个典型的例子 :水处理过程中活性炭可以与水中的亚氯酸盐发生反应使亚氯酸盐变成氯离子形式 ,从而达到去除水中亚氯酸盐的目的 ,使水不再有令人反感的味道和气味。 1.1.2 影响活性炭吸附的因素 吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标 9。吸附能力的大小是用吸附量来衡量的。而吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。在水处理中 ,吸附速度决定了污水需要和
16、吸附剂接触的时间。活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说 ,颗粒越小 ,孔隙扩散 速度越快 ,活性炭的吸附能力就越强。 污水的 pH 值和温度对活性炭的吸附也有影响。活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量。吸附反应通常是放热反应 ,因此温度低对吸附反应有利。当然 ,活性炭的吸附能力与污水浓度有关。在一定的温度下 ,活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高。 1.2 活性炭在染料废水中的应用与研究现状 1.2.1 染料废水的来源及特点 染整工艺的废水叫染整废水 ,俗称染料废水 2。染料工艺废水水量大、水质复杂、水量变化大 ,所以处理有一定的难度 ,特别是它的颜色
17、经常引起群众敏感。染料废水污染处理是纺织行业环 保工作的重点。染整废水实际是一大类 ,按纤维材料可分为毛、棉、丝绸、麻、化学纤维和混纺纤维 ;按染料可分为直接染料、活性染料、还原染料、硫化染料、偶氮染料、酸性染料和阳离子染料等 ;按纤维及织物形态可分为纱、散毛染色 ,成衣染色 ,苎麻纺织染色 ,丝绸、绢染色 ,针织染色、线带染色和巾被染色等。不同纤维、不同染料 ,废水性质不同 ,治理方法也不同。染料废水主要来自于染整工段 ,包括退浆、煮练、漂白、丝光、染色、印花和整理等。织造工段废水排放较少。 染整废水是有机废水 ,其污染物主要来自纤维材料染整过程中使用的染料、化学药剂。化学 纤维含杂质较少
18、,而天然棉纤维、毛、麻、丝均含有一定的杂质 ,羊毛含杂质最多 10。 1.2.2 活性炭处理染料废水国内外研究现状 活性炭吸附剂是由动物性炭、木炭、沥青炭等含炭为主的物质经高温炭化和活化而成 11。活性炭具有很大的比表面积 ,是一种优良的吸附剂 ,在水处理工业中广泛应用 ,至今仍是废水脱色的最好吸附剂。近年来 ,国内外都进行了很多的研究工作。 目前 ,国外的活性炭吸附多用于三级处理。该方法对处理水中的溶解性有机物非常有效。国外学者研究活性炭对染料废水的处理 ,结果表明 12,活性炭对水溶性染料的吸附率、 BOD 去除 率、 COD 去除本科毕业论文 绪论 4 率分别达到 93%、 92%和 6
19、3%,活性炭吸附 COD 能达到 500 mg/g。如果对污水先进行曝气 ,则会加快吸附速率。但如果废水 BOD5200 mg/L,采取这种方法则是不经济的。 Idil Arslan Alaton 用颗粒活性炭深度处理经生物氧化后的印染废水 ,在 pH 值 50 倍， COD50mg/L，达到国家一级排放标准 17。考虑到分离出的活性炭仍具有部分吸附能力，而且活性炭价格贵。因此，可以利用活性炭处理染料废水使其达到较低的中间浓度，然后再用新的活性炭使处于中间浓度的染料废水达到排放标准，以便减小成本 18。 1.3 活性炭再生 随着活性炭的应用范围日趋广泛 ,活性炭的回收开始得到了人们的重视。如果
20、用过的活性炭无法回收 ,除了每吨废水的处理费用将会增加 0.83 0.90 元外，还会对环境造成二次污染。因此 ,活性炭的再生具有格外重要的意义 19。 本科毕业论文 绪论 5 1.3.1 热再生法 热再生法是目前应用最多 ,工业上最成熟的活性炭再生方法。处理有机废水后的活性炭在再生过程中 ,根据加热到不同温度时有机物的变化 ,一般分为干燥、高温炭化及活化三个阶段。在干燥阶段 ,主要去除活性炭上的可挥发成分。高温炭化阶段是使活性炭上吸附的一部分有机物沸腾、汽化脱附 ,一部分有机物发生分解反应 ,生成小分子烃脱附出来 ,残余成分留在活性炭孔隙内成为“固定炭”。在这一阶段 ,温度将达 到 800
21、900 C,为避免活性炭的氧化 ,一般在抽真空或惰性气氛下进行。接下来的活化阶段中 ,往反应釜内通入 CO2、 CO、 H2 或水蒸气等气体 ,以清理活性炭微孔 ,使其恢复吸附性能 ,活化阶段是整个再生工艺的关键。热再生法虽然有再生效率高、应用范围广的特点 ,但在再生过程中 ,须外加能源加热 ,投资及运行费用较高 20。 1.3.2 生物再生法 生物再生法是利用经驯化过的细菌 ,解析活性炭上吸附的有机物 ,并进一步消化分解成 H2O 和CO2 的过程。生物再生法与污水处理中的生物法相类似 ,也有好氧法与厌氧法之分。由于活性炭本身的孔径很小 ,有的只有几纳米 ,微生物不能进入这样的孔隙 ,通常认
22、为在再生过程中会发生细胞自溶现象 ,即细胞酶流至胞外 ,而活性炭对酶有吸附作用 ,因此在炭表面形成酶促中心 ,从而促进污染物分解 ,达到再生的目的 21。生物法简单易行 ,投资和运行费用较低 ,但所需时间较长 ,受水质和温度的影响很大。 1.3.3 湿式氧化再生法 在高温高压的条件下 ,用氧气或空气作为氧化剂 ,将处于液相状态下活性炭上吸附的有机物氧化分解成小分子的一种处理方法 ,称为湿式氧化再生法。实验获得的活性炭最佳再生条件为 :再生温度230 C,再生时间 1h,充氧 pO20.6MPa,加炭量 15g,加水量 300mL。再生效率达到 (45 5)%,经 5 次循环再生 ,其再生效率仅下降 3%。活性炭表面微孔的部分氧化是再生效率下降的主要原因 22。 传统的活性炭再生技术除了各自的弊端外 ,通常还有三点共同的缺陷 :(1)再生过程中活性炭损失往往较大 ;(2)再生后活性炭吸附能力会有明显下降 ;(3)再生时产生的尾气会造成空气的二次污染。因此 ,人们或对传统的再生技术进行改进 ,或探索全新的再生技术 23。 1.3.4 溶剂再生法 溶剂再生法是利用活性炭、溶剂与被吸附质三者之间的相平衡关系 ,通过改变温度、溶剂的 pH值等条件 ,打破吸附平衡 ,将吸附质从活性炭上脱附下来。 溶剂再生法比较适用于那些可逆吸附 ,如对高浓度、低沸点有机废水的吸附 24。它的针对性较强 ,
