1、收稿日期:2005205220.作者簡介:曲曉萍(19722,女,碩士研究生;武漢,華中科技大學環境科學與工程學院(430074.活性炭2微波輻射深度處理焦化廢水曲曉萍1吳曉輝1陸曉華1黃衛紅1(1.華中科技大學環境科學與工程學院,湖北武漢430074摘要:在活性炭存在條件下,采用微波輻射對焦化廢水生化處理系統的外排水進行深度處理.考察活性炭用量、廢水pH 值、微波輻射時間和微波功率對廢水COD 去除率的影響.結果表明,采用3g 顆?；钚蕴颗c50mL 焦化廢水混合,在微波輻射功率為700W ,輻射處理6m in 的條件下,廢水的COD 去除率達77%.動力學研究表明,該反應過程近似一級反應動力

2、學規律,反應速率常數為4.8×10-3s -1.關鍵詞:微波;顆?；钚蕴?焦化廢水中圖分類號:X 703.1文獻標識碼:A 文章編號:167227037(20050420079203焦化廢水是煤制焦炭、煤氣凈化及焦化產品回收過程中產生的廢水,其成分復雜多變,是一種典型的含難降解有機污染物的工業廢水1.目前,國內主要采用生化法對焦化廢水進行處理,處理后水的酚氰含量基本達標.但生化處理后的焦化廢水色度高,含有大量難降解有機物質,其COD 不能達到國家規定的排放標準(COD 100m g L 2.在不改變主體生化法工藝的情況下,還需要對生化系統的外排水進行深度處理.活性炭和很多具有磁性的過

3、渡金屬及其化合物對微波有很強的吸收能力,當微波輻射時,這些物質表面的金屬點位能與微波發生強烈的相互作用而產生許多“熱點”,這些“熱點”的溫度和能量要比其它部位高得多,故常被用作誘導化學反應的催化劑3.近年來,微波誘導催化技術在環境工程中得到了廣泛應用4.利用活性炭-微波輻射技術在模擬單一成分廢水處理方面的研究較多58,但對成分較復雜的實際工業廢水研究較少.本文以經生化系統處理之后的焦化廢水為研究對象,研究在活性炭存在下,利用微波輻射處理焦化廢水的工藝技術.1實驗1.1實驗材料及儀器L G 微波爐,型號為W P 700(M S 22004T M S 22014T ,L G 電子(天津電器有限公司

4、制造;PH S 225型pH 計;SH Z 2 型循環水真空泵(真空實驗所用焦化廢水取自武漢某焦化廠生化處理系統的外排水,為避免懸浮物質的干擾并保證實驗中樣品的穩定性,在處理前用真空抽濾機對廢水進行抽濾.水樣COD 值為150200m g L ,pH 值為3稱取一定量活化后的活性炭于100mL 燒杯中,加入50mL 焦化廢水,微波輻射一定時間后取出,冷卻至室溫,補加蒸餾水至50mL 后,對水樣進行過濾,以濾除水樣中活性炭細小懸浮微末.用W T 21便攜式COD 測試儀測定處理前后的COD ,計算COD 的去除率.2結果與討論2.1活性炭用量對COD 去除率的影響在微波功率為700W ,輻射時間

5、4m in 的條件下,改變活性炭用量,考察其對廢水處理效果的影響(圖1.由圖1可知,微波輻射處理焦化廢水的COD 去除率隨活性炭用量增加而增大,這一第22卷第4期2005年12月華中科技大學學報(城市科學版J.of HU ST.(U rban Science Editi on V o l .22N o.4D ec .2005方面是活性炭吸附的貢獻,另一方面是因為隨著活性炭量的增加使得在微波場中形成更多的“熱點”,有利于污染物的去除.當活性炭量大于3g 時,COD 去除率增加緩慢.綜合考慮,選取活性炭用量為3g 進行實驗研究 .圖1活性炭用量對COD 去除率的影響2.2pH 值對COD 去除率的

6、影響用N aOH 調節焦化廢水的pH 值,考察pH值對焦化廢水COD 去除效果的影響(圖2.由圖2可知,pH 值對焦化廢水COD 的去除率影響不大,只是在酸性條件下要稍好于堿性條件,這是因為在酸性條件下有利于活性炭對有機物的吸附.因此不需要調節廢水的pH 值,可直接進行微波輻射處理 .圖2pH 值對COD 去除率的影響2.3微波輻射時間對COD 去除率的影響取3g 實驗用活性炭,在微波輻射功率為700W 的條件下,考察微波輻射時間對焦化廢水COD 去除率的影響(圖3.由圖3可知,隨著輻射時間的增加,COD 去除率逐漸增大.輻射6m in ,廢水的COD 去除率達77%,但在4m in 后,CO

7、D 去除率增加的趨勢相對較為緩慢.綜合考慮,選取4m in 的輻射處理時間進行實驗研究 .圖3微波輻射時間對COD 去除率的影響2.4微波功率對COD 去除率的影響在不同的微波輻射功率下,采用微波輻射處理4m in ,考察微波輻射功率對COD 去除率的影響(圖4.由圖4可知,微波輻射功率越高,COD去除效果越好,分析原因,可能是由于隨著微波功率的提高,活性炭表面的“熱點”數量相應增加,去除率隨之提高 .圖4微波功率對COD 去除率的影響2.5活性炭使用次數對COD 去除率的影響作為一種催化劑,活性炭的使用次數決定了其使用價值.在微波輻射功率為700W ,活性炭用量為3g ,微波輻射時間為4m

8、in 的條件下,連續數次使用同一活性炭,考察其使用次數對COD 去除率的影響(圖5.由圖5可知,活性炭連續使用5次,廢水的COD 去除率仍然能保持在60%以上.但活性炭在連續使用過程中,廢水COD 去除率呈下降趨勢.分析原因,一方面可能是由于隨著處理次數的增加,活性炭的催化活性有所下降,另一方面可能是由于活性炭在使用過程中部分燃燒而損失,質量下降所致 .圖5活性炭使用次數對COD 去除率的影響2.6微波輻射處理焦化廢水的反應動力學研究對微波輻射處理焦化廢水的反應動力學過程.41s .圖6活性炭-微波輻射反應動力學2.7微波輻射處理焦化廢水的作用原理探討研究比較在活性炭存在條件下微波輻射處理工藝

9、、活性炭吸附與單純微波輻射工藝三者之間08華中科技大學學報(城市科學版2005年 的差異.由圖7,8可知,單純的微波輻射對焦化廢水處理效果并不明顯,在微波輻射功率為700W ,輻射6m in 的條件下,COD 去除率僅有5%.而活性炭-微波輻射處理對廢水的COD 和TOC 的去除效果均明顯優于單純活性炭吸附的處理效果,這一結果從側面證明了活性炭-微波輻射工藝的優越性,也說明微波輻射處理過程中,廢水中的有機物不僅僅是通過活性炭吸附,更重要的是通過活性炭吸附-微波誘導催化的協同作用而得以去除.在微波場中,活性炭能有效地吸收微波能量,使得活性炭表面產生一些“熱點”,這些“熱點”的能量比其它部位高得多

10、,溫度可達到1000以上9,當廢水中的有機物被吸附到這些熱點附近時就可能被催化氧化而被去除 .圖7不同處理工藝之間COD 處理效果的對比 圖8不同處理工藝之間TOC 處理效果的對比3結論與展望利用活性炭-微波輻射處理廢水的技術改變了傳統的廢水處理方式,使廢水處理方法變得更簡易有效.該技術處理廢水時間短,所需設備簡單,結構緊湊,占地面積小,操作簡單方便,實現了廢水處理工程的小型分散化,尤其適應了目前企業的廢水處理需求,顯示了很大的潛力和優勢.而且活性炭可以用微波輻射再生,大大降低成本,此方法在廢水處理領域具有很好的應用前景.參考文獻1陳慧,戴暉.GC M S 法分析焦化廢水中微量有機污染物J .

11、環境科學與技術,2002,25(3:30231.2楊云龍,白曉平.焦化廢水的處理技術與進展J .工業用水與廢水,2001,32(3:8210.3王鵬.環境微波化學技術M .北京:化工出版社,2003.4Jones D A ,L elyveld T P ,M avrofidis S D ,et al .M icrow ave heating app licati on in environm ental engineering 2a review J .R esources ,Conservati on and R ecycling ,2002,34:75290.5姜思朋,王鵬,張國字,等.微波

12、誘導氧化法處理BF 2BR 染料廢水J .中國給水排水,2004,20(4:13215.6張國宇,王鵬,姜思朋,等.微波誘導氧化處理雅格素紅BF 23B 150%染料廢水的研究J .環境科學,2004,25(增刊:52255.7陳孟林,農珍妮,何星存.微波-活性炭催化法處理亮綠溶液的研究J .科技進展,2003,17(10:31234.8王金成,薛大明,熊力,等.微波輻射處理活性艷藍KN 2R 染料溶液的研究J .環境科學學報,2001,21(5:6282630.9張國宇,王鵬,姜思朋,等.微波輻射處理酯化廢水的工藝技術研究J .給水排水,2004,30(8:61264.Advanced Tr

13、ea t m en t of Cok i ng W a stewa terby Activa ted Carbon -M icrowave Irrad i a tionQU X iao 2p ing 1W U X iao 2hu i 1L U X iao 2hua 1H UA N G W ei 2hong1(1.Schoo l of Envir .Sci .&Eng .,HU ST ,W uhan 430074,Ch ina Abstract :Cok ing w astew ater ,w h ich has been treated by b i ochem ical system

14、 ,is deep ly treated bym icrow ave irradiati on in the p resence of granu lar activated carbon (GA C .T he effective facto rs such as the m oun t of GA C ,w astew ater pH ,m icrow ave irradiati on pow er and acting ti m e on COD rem oval are studied .T he resu lts show ,fo r 50mL w astew ater ,under the conditi on that 3g GA C ,m icrow ave radian t in ten sity 700W and irradiati on ti m e 6m in ,77%of COD is rem oved from the studied w astew ater .T he research on k inetics suggests that the reacti on is a firs