匡重禄

（中山市保美环境科技开发有限公司，广东 中山 528400）

在诸多的环保问题中，水体污染已经成为最严重的问题。工业生产不仅消耗大量的水资源，还会产生含有各种重金属的废水，所以会对自然环境和人们的健康造成一定的危害。工业废水应用传统处理工艺进行深度处理时效果不佳，而活性炭的综合性能良好，本文就采用活性炭作为吸附材料处理工业废水为内容，进行相关实践研究。

1 吸附材料的成分和机理

1.1 吸附材料的成分

处理废水的吸附材料中活性炭应用最多。全球每年会生产70万吨的活性炭，按形状分类包括粉状、粒状和纤维活性炭等，其中大约55%左右用于废水处理。制作活性炭的原材料包括煤、木材、沥青、果壳和农业废弃物等。尽管活性炭可以吸附工业废水中的大多数重金属、生物分子和有机物，但活性炭的造价高，在应用上有一定的局限性，相关部门正在研究、开发造价低、性能高的新型吸附材料。

1.2 吸附反应机理

活性炭吸附的过程是利用其多孔的固体表面，对污水、有机物或有毒物质进行吸附净化。实验结果显示，针对分子量在50～100范围内的有机物，活性炭的吸附能力最强，其吸附机理表现在两个方面[1]。第一，利用空隙结构的独特优势。活性炭的内部具备发达的孔隙结构、表面积较大、拥有超强的吸附能力。活性炭内部的微孔很多，如果将1 g活性炭的微孔展开表面积可达900～1 600 m2。第二，利用分子之间的相互作用力。尽管温度和材质等因素会影响分子运动速度，但分子运动始终在微环境下进行[1]。

2 实验部分

2.1 实验仪器

容量为1 L的烧杯、容量为150 mL的烧杯若干、25 mm×200 mm的试管、60 mm的漏斗、精确度为0.1 g的托盘天平、50 mL量筒、1 mL容积的玻璃容器、100 mL的比色管以及9 cm的定性滤纸。

2.2 甲基橙的测定

2.2.1 绘制标准曲线

甲基橙溶液的配置要有一定的浓度梯度，吸光度的测定可利用紫外可见分光光度计[2]。拟合求得的标准曲线，其方程为：y=24.851x-0.0876，R2=0.9999。方程式中溶液中甲基橙的浓度设定为x，465 nm位置的吸光度设定为y。基于此，测定甲基橙浓度的方式为：溶液在465 nm波长处的吸光度值可利用分光光度计进行测量，然后溶液中甲基橙浓度的计算可根据线性回归方程来完成。

2.2.2 测定脱色率

将活性炭加入到一定体积浓度的甲基橙模拟废水中，在相符合的试验条件下，充分搅拌后进行过滤，然后将滤液取出，利用分光光度计测量吸光度，计算脱色率。

上式中A0为溶液在吸附前的吸光度；A为溶液在吸附后的吸光度。

2.3 甲基橙主要实验参数的确定

2.3.1 吸附材料的粒径选择

基于现有的实验条件，选择了大颗粒和小颗粒两种粒径的活性炭，分别为25 g，放置到两个小烧杯中，然后在每个烧杯中各注入甲基橙10 mg/L，放在搅拌器上搅拌30 min，之后静止沉淀，利用过滤器进行过滤，最后提取两个样品的滤液进行吸光度的测量，在这之前要首先测出甲基橙的吸光度值。

2.3.2 吸附材料用量的选择

在确定活性炭的粒径后，在粒径规格下依次调试活性炭的用量，在50 mL浓度为4.0 g/L的重金属铜离子废水中，分别加入活性炭1 g、2 g、4 g、6 g和8 g，进行30 min的震荡吸附，随后注入20 mL浓度为10 mg/L甲基溶液,然后在搅拌器上进行30 min的搅拌，静止沉淀。最后向四个烧杯中分别加入20 mL浓度为10 mg/L甲基橙，最后在搅拌器上分别搅拌20 min、30 min和40 min，静止沉淀待用[2]。

2.3.3 吸附时间的选择

在浓度为4 g/L的50 ml重金属离子废水中加6 g活性炭，振荡吸附后，在不同时间段取样，分别为10 min、30 min、60 min、90 min和120 min。

2.3.4 废水浓度的选择

确定活性炭最佳用量和最佳吸附时间后，进一步研究废水浓度对脱色率的影响，分别在5个试管内倒入浓度为1 g/L、2 g/L、4 g/L、6 g/L和8 g/L的废水，进行吸附实验，完成吸附后进行过滤，对滤液的色度进行测试，计算其色度的去除率。

3 结果及讨论

3.1 吸附材料用量对废水脱色率影响的分析

在5 mL浓度为4.0 g/L的重金属铜离子废水中，分别加入活性炭1 g、2 g、4 g、6 g和8 g，进行30 min的震荡吸附，提取上清液实施比色分析，进行色度测量，分别计算脱色率，并分析吸附材料用量对吸附效果的影响，选择出最佳吸附材料的用量，详细结果见图1。

从图1不难看出，铜离子废水的脱色率会随着活性炭用量的增加而不断地升高，活性炭从1 g增加到4 g时，色度的去除率从18%提升到35%，从4 g增加到6 g时，色度的去除率呈现缓慢增加的态势，基本保持在35%～40%左右的去除率。由此，对成本和吸附效果要进行综合考虑，活性炭吸附废水时的最佳用量应该为6 g。

图1 吸附材料用量对脱色率的影响

3.2 吸附时间对铜离子废水脱色率的影响

在浓度为4.0 g/L的50 mL重金属铜离子废水中加6 g活性炭，进行振荡吸附后进行不同时间段的取样，分别为10 min、30 min、60 min、90 min和120 min[3]。提取上清液实施比色分析，并分别对脱色率进行计算，分析吸附时间对吸附效果的的影响，以选择最佳的吸附时间。试验数据显示，随着吸附时间的增加，重金属离子废水的脱色率也在升高，脱色率增加最快的是10～30 min时间段，在30～90 min的时间段脱色率的增加速度变缓，当吸附时间增加到90 min，可以达到76%以上的废水脱色率，但速度的增加更慢，然后，无论怎样增加吸附时间，脱色率的变化都不大，基本稳定在76%～78%之间。所以，可以考虑90 min为最佳的吸附时间。

3.3 吸附材料粒径对吸光度的影响

甲基橙溶液在吸附前的吸光度为1.191时，大颗粒活性炭组的数值是0.136；小颗粒活性炭组数值为0.027。以此为依据进行活性炭脱色率的计算，结果大颗粒脱色率为87.8%，小颗粒脱色率为96.9%。所以，活性炭吸附可以选择小颗粒。

3.4 废水浓度对脱色率的影响程度

在50 mL浓度为1 g/L、2 g/L、4 g/L、6 g/L和8 g/L的工业废水中，分别加入6 g活性炭，进行90 min的吸附沉淀，然后过滤取上清液进行比色分析，分别计算脱色率，分析废水浓度对吸附效果的影响，选择出最佳的吸附废水浓度。实验数据显示，工业废水的脱色率会随着废水浓度的升高而不断增加，脱色率增加速度最快的为浓度为1～4 g/L时，而当浓度上升到4～8 g/L时，脱色率增加的速度明显放缓，并且数据显示，在浓度为4 g/L时脱色率已达70%以上，之后无论怎样增加废水浓度，脱色率都稳定在70%以上。所以，基于成本因素的考量，可以选择4 g/L为最佳浓度。

4 结论

综上所述，该实验重点研究了废水处理中吸附材料用量、废水浓度、吸附时间等因素，对重金属离子吸附脱色效果影响的数据。吸附试验结果表明，活性炭对含有重金属的工业废水吸附处理效果极佳，脱色效果明显，具有很高的应用价值。吸附材料不仅对去臭、去色有良好的效果，对合成洗涤剂吸附能力也极佳，同时去除废水中有机物的能力也极强。