椰壳活性炭的选择及预处理
根据处理的重金属废水成分及含量的不同,选择合适比表面积、孔径分布、孔容以及表面化学性质的椰壳活性炭, 以确保该类型椰壳活性炭对重金属废水有较好的处理效果。此外,有时受重金属废水自身物化特性的限制以及为达到废水排放标准,椰壳活性炭往往需要经过预处理, 如对椰壳活性炭进行氧化改性,增加椰壳活性炭表面含氧官能团数量,以增强椰壳活性炭的亲水性和对重金属离子的选择性吸附能力, 同时还可进一步提供椰壳活性炭对重金属离子的化学吸附容量以及吸附的稳定性。
秦恒飞等[3]将椰壳活性炭先经HNO3回流蒸煮、后经Na2S 微波焙烧改性后使其对Pb2+离子的最大吸附量达到129.5 mg/g,去除率达到94.5 %;赵梅青[4]、于化江[5]等采用高锰酸钾氧化改性椰壳活性炭,发现与改性前相比, 改性后椰壳活性炭对Cu2+、Au3+的吸附容量均显著增大,并有较好的去除效果。
废水的pH 值
由于废水的pH 值对重金属离子的存在形态和价态影响较大,在不同的pH 下,大多数重金属离子易与废水中阴离子以及水分子形成配位数不同的配合物, 导致重金属离子的水化半径也存在较大差异,当离子的水化半径较大时,重金属配合物难以进入椰壳活性炭内的微孔, 从而直接影响椰壳活性炭对重金属离子的吸附效果。此外,当废水pH 过高时,大部分重金属离子会以沉淀的形式析出。因此采用椰壳活性炭吸附法吸附处理重金属废水时应在合适的pH 范围内进行吸附。
吴云海[6]等研究了不同pH 下椰壳活性炭对发生中Cr(VI)、As(III)的吸附时发现,在溶液由酸性转变为碱性的过程中,Cr(VI)由以Cr2O72-为主要存在形态转变为以CrO4-为主,而As(III) 逐渐以H2AsO3-为主要存在形态, 而两种离子价态和所带电荷的变化直接影响显著椰壳活性炭对两者的吸附效果。
停留时间
椰壳活性炭在吸附柱内对重金属废水的动态吸附过程往往与废水组成、流量等条件有关,且应保证重金属废水在吸附柱内有足够长的停留时间,以确保其较高的去除率。但停留时间有不宜过长,否则会影响椰壳活性炭吸附处理流程的连续化操作并大幅度减少其处理容量。重金属离子在椰壳活性炭上的吸附,无论是属于物理吸附、化学吸附或是离子交换吸附,尽管在吸附速率上有所不同,但在实际吸附过程中,都难以达到热力学上的吸附平衡,只能尽可能接近动力学意义上的动态平衡。因此,重金属离子与椰壳活性炭之间的接触时间, 应在保证出口水质达到排放标准的前提下,尽可能缩短,以确保吸附柱在较大废水处理量下的连续化操作。
椰壳活性炭用量
椰壳活性炭用量应根据废水组成、流量等相匹配,找到最佳用量, 以保证椰壳活性炭吸附柱在最佳工况下运行。若椰壳活性炭用量过大,则需增加吸附柱的操作压力,且浪费吸附剂,是不经济合理的;反之,若椰壳活性炭用量不够,则会使吸附效果下降,吸附柱出水浓度难以达到工业排放标准。此外,对椰壳活性炭进行恰当的预处理后可以在一定程度上减少椰壳活性炭的用量。秦恒飞等[3]改性制备的椰壳活性炭在处理相同浓度和组成的Pb2+离子废水时,在相同椰壳活性炭用量条件下,改性后椰壳活性炭去除率比未改性椰壳活性炭的去除率高1.5 倍,即在达到相同起去除率的条件下,改性预处理椰壳活性炭可以大幅度降低椰壳活性炭用量。
吸附柱的运行条件
当吸附柱及椰壳活性炭椰壳活性炭选择设计好后, 应反复多次运行调试吸附柱, 以确定吸附柱的最佳运行条件,包括吸附柱进出口废水的流量、椰壳活性炭填装高度、吸附柱操作压力等。褚效中等[7]发现随着六价铬离子溶液进口流量的增大,其穿透时间变短,传质锋面变平缓且吸附效果明显变差, 因此在实际操作中应综合考虑穿透时间和椰壳活性炭对重金属离子的去除效果来选择合适的进口流量。