柏义生，于鲁冀，梁亦欣，吴小宁，王惠英，范鹏宇

(1.郑州大学环境技术咨询工程公司,河南郑州 450002；2.郑州大学环境政策规划评价研究中心,河南郑州 450002；3.郑州大学水利与环境学院,河南郑州 450001)

活性炭吸附技术与树脂吸附技术处理DIBP废水的对比

柏义生1，2，于鲁冀1，3，梁亦欣1，2，吴小宁3，王惠英1，2，范鹏宇1，2

(1.郑州大学环境技术咨询工程公司,河南郑州 450002；2.郑州大学环境政策规划评价研究中心,河南郑州 450002；3.郑州大学水利与环境学院,河南郑州 450001)

采用活性炭吸附技术和树脂吸附技术进行增塑剂DIBP生产废水处理对比试验。结果表明：NDA-66树脂对邻苯二甲酸的吸附效果最好,去除率达93.9%,其次为椰壳活性炭,对增塑剂DIBP生产废水中COD和邻苯二甲酸的去除率分别为57.3%和83%,煤质和果壳活性炭的废水处理效果较差,对COD和邻苯二甲酸的去除率均在20%左右,且活性炭吸附不具有选择性,无法对邻苯二甲酸进行回收,不能产生相应的经济效益。而采用NDA-66树脂吸附处理增塑剂DIBP生产废水,其污染物削减量是活性炭吸附的4～5倍,回收邻苯二甲酸可产生110.8万元/a的经济效益,同时树脂脱附再生容易,可重复利用2年左右,因而具有更大的推广应用价值。

活性炭吸附技术；树脂吸附技术；NDA-66树脂；增塑剂DIBP生产废水；邻苯二甲酸；COD；废水处理

增塑剂被广泛应用于PVC、非脂肪食品包装材料和合成橡胶的加工中,生产加工过程中会产生大量含高浓度有毒有机废水[1],废水中含有大量的邻苯二甲酸、邻苯二甲酸酯类、醇类等有毒有机污染物,对人体健康将产生极大的危害[2]。对此类废水进行生化处理前或排放前的深度处理过程中,需对废水中的有用物质回收利用或对有毒有机物进行拦截,方法主要有树脂吸附[3]、絮凝[4]和活性炭吸附[5-7]。活性炭因具有较大的比表面积和良好的吸附性能而常被用作吸附剂,在食品、酿造、医药、环保等行业[8-10]得到了广泛应用。随着树脂吸附合成技术的发展,具有多功能基团和优良孔结构的新型大孔树脂吸附分离技术在水污染治理领域得到了广泛应用[11-13]。笔者对比了采用NDA-66超高交联树脂与采用活性炭处理增塑剂DIBP废水的性能,并从经济及处理效果两方面开展评估。

图1 树脂吸附与活性炭吸附试验工艺流程

1 试验方法

1.1 试验材料

试验用水:以河南省某化工企业增塑剂DIBP生产废水为试验用水,水中COD质量浓度为36100～49 700mg/L,邻苯二甲酸质量浓度为13 000～25300mg/L,电导率为22400～38900μS/cm,SS质量浓度为1 500～2000mg/L,pH值为11～14,浊度为50～60NTU。

吸附剂:树脂采用NDA-66新型超高交联树脂,活性炭采用工业级活性炭(椰壳、果壳、煤质)。试验采用动态吸附方式,加入吸附柱中树脂或活性炭量分别为1BV(1BV=19mL),吸附剂的基本理化性质见表1。

表1 不同吸附剂的基本理化性质

1.2 工艺流程

试验采用NDA-66超高交联树脂与活性炭吸附技术进行增塑剂DIBP废水处理对比研究,处理规模为5L/h,4组试验装置,系统主要包括供水、预处理(pH调节和微絮凝)、吸附3个部分,工艺流程见图1。

1.3 试验内容与分析方法

4组试验装置同时运行。DIBP废水进入活性炭吸附装置和树脂吸附装置前,需要进行预处理。预处理主要是调节pH值(活性炭pH 6～8,树脂吸附pH 1.5～2)、微絮凝和过滤。整个试验运行3个批次,每隔1h取样1次,测定废水中的COD质量浓度、邻苯二甲酸质量浓度以及pH值,考察树脂吸附与活性炭吸附对增塑剂DIBP废水的去除效果和稳定性,以便从经济和处理效果两方面对树脂吸附技术与活性炭吸附技术进行评估。

COD采用WXJ-Ⅲ微波闭式消解仪器测定；邻苯二甲酸采用紫外分光光度计测定；pH采用玻璃电极法测定[15]。

2 结果与讨论

2.1 果壳活性炭对DIBP增塑剂废水处理效果

采用果壳活性炭对增塑剂DIBP废水进行吸附脱附处理,共开展了3个批次试验,其对废水的处理效果见表2。从表2可以看出,在进水污染物质量浓度保持不变的情况下,果壳活性炭对增塑剂DIBP废水的COD去除率在13.3%～27.7%之间,平均去除率为21%；对增塑剂DIBP废水中邻苯二甲酸的去除率在8.4%～32.6%之间,平均去除率为24.3%。

表2 果壳活性炭对增塑剂DIBP废水的处理效果

2.2 煤质活性炭对增塑剂DIBP废水处理效果

采用煤质活性炭对增塑剂DIBP废水进行吸附脱附处理,共开展了3个批次试验,其对废水的处理效果见表3。从表3可以看出,在进水中污染物质量浓度保持不变的情况下,煤质活性炭对增塑剂DIBP废水中的COD去除率在14.2%～21.6%之间,平均去除率为18.3%；对增塑剂DIBP废水中的邻苯二甲酸去除率在0.06%～28.0%之间,平均去除率为17.10%。

图2 DIBP废水处理前后的活性炭和NDA-66树脂表面的SEM图

表3 煤质活性炭对增塑剂DIBP废水的处理效果

2.3 椰壳活性炭对增塑剂DIBP废水处理效果

采用椰壳活性炭对增塑剂DIBP废水进行吸附脱附处理,共开展了3个批次试验,其对废水的处理效果见表4。从表4可以看出,在进水中污染物质量浓度保持不变的情况下,煤质活性炭对增塑剂DIBP废水中的COD去除率在36.4%～68.2%之间,平均去除率为57.3%；对增塑剂DIBP废水中的邻苯二甲酸去除率在77.9%～86.1%之间,平均去除率为83.0%。

表4 椰壳活性炭对增塑剂DIBP废水的处理效果

在同样的进水条件下,果壳、煤质和椰壳3种活性炭中椰壳活性炭对增塑剂DIBP废水的处理效果最好,其对COD的平均去除率为57.3%,对邻苯二甲酸的平均去除率为83.0%。

2.4 活性炭和树脂处理DIBP废水前后结构的变化

实验结束后,将活性炭和NDA-66树脂废水处理前后的表面结构采用SEM表征,以比较其处理DIBP废水前后的形态变化,结果见图2。DIBP废水处理前后的活性炭结构变化较为明显,初始活性炭结构具有较高的比表面积和较大的孔隙,处理DIBP废水后,可以看到活性炭表面及孔隙都架构了很多形状不规则的、厚度分布不均匀的物质。经过脱附处理后,活性炭表面仍有难以去除的块状物,这表明活性炭脱附后,废水中的有机污染物和胶体物质仍然吸附在活性炭的表面或膜的孔隙中,导致活性炭吸附出现堵塞现象,不利于活性炭的重复利用；而处理DIBP废水前后的树脂颗粒结构变化不大,初始的NDA-66树脂具有较高的比表面积和密集的孔隙,吸附处理DIBP废水后,树脂上架构了很多形状不规则的、厚度分布不均匀的物质。但经过8% NaOH脱附及水洗处理后,树脂表面仍具有较高的比表面积和密集的孔隙,表明可以多次重复利用,具有规模化工程应用价值。

2.5 经济效益及废水处理效果分析

分别采用活性炭吸附和NDA-66树脂吸附进行增塑剂DIBP废水处理的试验研究,笔者拟从经济效益和废水处理效果两方面来进行分析评估。

a.废水处理效果。由表5可知,NDA-66树脂对废水中的邻苯二甲酸吸附效果最好,邻苯二甲酸去除率达93.9%；其次为椰壳活性炭,其对增塑剂废水中的COD和邻苯二甲酸去除率分别为57.3%和83.0%；煤质和果壳活性炭的废水处理效果较差,它们对废水中COD和邻苯二甲酸的去除率均在20%左右。计算NDA-66树脂、果壳活性炭、煤质活性炭和椰壳活性炭对邻苯二甲酸的吸附容量,结果分别为504 mg/g、158.6 mg/g、133.8 mg/g和416.6mg/g,NDA-66树脂对邻苯二甲酸的吸附容量已达到果壳和煤质活性炭吸附容量的2倍以上。

表5 NDA-66树脂与活性炭废水处理效果对比

b.经济效益。采用NDA-66树脂吸附法处理增塑剂DIBP生产废水,按照工程设计处理规模20m3/d,则邻苯二甲酸年削减量为146 t/a。邻苯二甲酸年回收量为140.3 t,其市场价格在1.0～1.3万元/t左右,则节省成本110.8万元/a。采用工业级活性炭处理增塑剂DIBP生产废水,COD年削减量为33 t/a,邻苯二甲酸年削减量为9.6 t/a,活性炭吸附法对增塑剂废水中的邻苯二甲酸不是选择性吸附,废水中其他有机物也同时被吸附,脱附液中邻苯二甲酸纯度不高,且与其他物质分离纯化成本较高,所以活性炭吸附后的邻苯二甲酸无法进行回收,不能产生相应的经济效益。

综上所述,从处理废水的经济效益和处理效果两方面进行对比,采用活性炭吸附法处理增塑剂废水远不及采用NDA-66树脂吸附法。

3 结 论

a.分别采用NDA-66树脂、果壳活性炭、煤质活性炭和椰壳活性炭4种吸附材料进行增塑剂DIBP生产废水处理,结果显示NDA-66树脂对邻苯二甲酸的吸附效果最好,去除率达93.9%,其次为椰壳活性炭,其对增塑剂DIBP生产废水中的COD和邻苯二甲酸去除率分别为57.3%和83.0%,煤质和果壳活性炭的处理效果较差,它们对COD和邻苯二甲酸的去除率均在20%左右。

b.对NDA-66树脂、果壳活性炭、煤质活性炭和椰壳活性炭对邻苯二甲酸的吸附容量进行计算,结果分别为504 mg/g、158.6 mg/g、133.8 mg/g和416.6mg/g,NDA-66树脂对邻苯二甲酸的吸附容量已达到果壳和煤质活性炭吸附容量的2倍以上。

c.相比活性炭,采用NDA-66树脂吸附处理增塑剂DIBP生产废水,其污染物削减量是活性炭吸附的4～5倍,且回收邻苯二甲酸可产生110.8万元/a的经济效益,同时树脂脱附再生容易,可重复利用2年左右,因而具有更大的推广应用价值。

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Com parison between resin adsorption and activated carbon adsorption treating DIBP wastewater

BO Yisheng1,2,YU Lu ji1,3,LIANG Yixin1,2,WU Xiaoning3,WANG Huiying1,2,FAN Pengyu1,2
(1.Zhengzhou University Environmental Technology and Consulting Company,Zhengzhou 450002,China；2.Research Center for Environmental Policy Planning&Assessment of Zhengzhou University, Zhengzhou 450002,China；3.College ofWater Conservancy&Environmental Engineering,Zhengzhou University, Zhengzhou 450001,China)

Comparison testof activated carbon adsorption technology and resin adsorption technology treating DIBP wastewater was conducted.Results show that resin NDA-66 has the best adsorption effect on phthalic acid,whose removal rate reaches93.9%.Followed by coconut shellactivated carbon,COD and phthalic acid removal rate were 57.3%and 83%respectively in waste water of plasticizer.Coal quality and nut shell activated carbon effect is rather poor,whose removal rate of COD and phthalic acid are around 20%.Also,activated carbon adsorption is not selective,cannot recycle phthalic acid and does not produce the corresponding economic benefit.While using the NDA-66 resin adsorption processing plasticizer DIBP production wastewater,the pollutants reduce 4～5 times that of activated carbon adsorption.Also,recycling the O-phthalic acid can produce the economic benefits of1.108 million yuan annually.At the same time,it is easy for stripping of resin to regenerate,which can be used and reused for 2 years.Thus it has greater value of popularization and application.

activated carbon adsorption technology；resin adsorption technology；NDA-66 resin；plasticizer DIBP production wastewater；O-phthalic acid；Chemical Oxygen Demand(COD)；wastewater treatment

X703

：A< class="emphasis_bold">文章编号：1

1004 6933(2015)06 0154 04

10.3880/j.issn.1004 6933.2015.06.025

2015 01 16 编辑:彭桃英)

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2010ZX07210-005)

柏义生(1983—),男,工程师,硕士,主要从事水污染控制理论与技术的研究。E-mail:boyisheng2015@126.com

于鲁冀,教授。E-mail:yuluji@zzu.edu.cn