Ứng dụng than hoạt tính trong xử lý nước

Theo thống kê, nước thải công nghiệp ở Trung Quốc thải ra khoảng 8.108 m3 mỗi năm, trong đó không chỉ chứa các thành phần có độc tính cao như xyanua mà còn chứa các ion kim loại như crôm, kẽm, niken. Có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải, chủ yếu là phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp điện phân và phương pháp xử lý màng, v.v., bài viết này giới thiệu phương pháp hấp thụ than hoạt tính. Diện tích bề mặt của than hoạt tính là rất lớn và có chức năng hấp thụ vật lý và hóa học cao. Do đó, phương pháp hấp thụ than hoạt tính được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải. Hơn nữa có hiệu suất cao, hiệu quả tốt.

2, than hoạt tính than hoạt tính là một loại than được xử lý đặc biệt, với vô số lỗ chân lông nhỏ, diện tích bề mặt rất lớn, diện tích bề mặt là 500-1500 mét vuông cho mỗi gram than hoạt tính. Than hoạt tính có chức năng hấp phụ vật lý và hóa học mạnh mẽ, và nó cũng có tác dụng giải độc. Tác dụng giải độc là sử dụng diện tích khổng lồ của nó để hấp thụ chất độc vào các lỗ nhỏ của than hoạt tính, do đó ngăn chặn sự hấp thụ chất độc. Đồng thời, than hoạt tính liên kết với nhiều hóa chất, ngăn chặn sự hấp thụ các chất này.

2.1 Phân loại than hoạt tính Có rất nhiều loại than hoạt tính được sử dụng trong sản xuất. Thông thường chế thành dạng bột hoặc dạng hạt.

Bột than hoạt tính có khả năng hấp phụ mạnh mẽ, dễ chuẩn bị, giá thấp hơn, nhưng khó tái tạo, nói chung không thể tái sử dụng.

Than hoạt tính dạng hạt có giá đắt hơn, nhưng có thể tái tạo và tái sử dụng, và điều kiện lao động tốt hơn khi sử dụng, dễ vận hành và quản lý. Do đó, than hoạt tính dạng hạt được sử dụng nhiều hơn trong xử lý nước. [1]

2.2 Hấp thụ than hoạt tính

Hấp phụ than hoạt tính là sự hấp phụ của một hoặc nhiều chất trong nước bằng cách sử dụng bề mặt rắn của than hoạt tính để đạt được mục đích làm sạch chất lượng nước.

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ than hoạt tính

Khả năng hấp phụ và tốc độ hấp phụ là thước đo chính của quá trình hấp phụ. [1] Kích thước của khả năng hấp phụ được đo bằng lượng hấp phụ. Và tốc độ hấp phụ đề cập đến khối lượng vật chất được hấp thụ bởi chất hấp phụ trọng lượng đơn vị trong một đơn vị thời gian. Trong xử lý nước, tốc độ hấp phụ xác định nhu cầu nước thải và thời gian tiếp xúc với chất hấp phụ.

Khả năng hấp thụ của than hoạt tính có liên quan đến kích thước lỗ chân lông và cấu trúc của than hoạt tính. Nói chung, các hạt càng nhỏ và tốc độ khuếch tán lỗ chân lông càng nhanh, khả năng hấp phụ của than hoạt tính càng mạnh.

Độ pH và nhiệt độ của nước thải cũng ảnh hưởng đến sự hấp thụ than hoạt tính. Than hoạt tính thường có lượng hấp phụ cao hơn trong điều kiện axit so với điều kiện kiềm. [1] Phản ứng hấp phụ thường là phản ứng tỏa nhiệt, do đó nhiệt độ thấp có lợi cho phản ứng hấp phụ.

Tất nhiên, khả năng hấp thụ của than hoạt tính có liên quan đến nồng độ nước thải. Ở một nhiệt độ nhất định, lượng hấp phụ của than hoạt tính tăng lên khi nồng độ cân bằng của chất hấp phụ tăng lên.

3. Ứng dụng than hoạt tính trong xử lý nước thải

Do yêu cầu tiền xử lý nước cao từ than hoạt tính và giá than hoạt tính đắt, trong xử lý nước thải, than hoạt tính chủ yếu được sử dụng để loại bỏ các chất gây ô nhiễm vi lượng từ nước thải để đạt được mục đích lọc sâu.

3.1 Than hoạt tính xử lý nước thải Chrome

Crom là một nguyên liệu kim loại được sử dụng với số lượng lớn hơn trong mạ điện, và trong nước thải Crom hexavalent tồn tại ở các dạng khác nhau với độ pH khác nhau.

Than hoạt tính có cấu trúc microporous rất phát triển và diện tích bề mặt cụ thể cao, có khả năng hấp phụ vật lý rất mạnh, có thể hấp phụ hiệu quả Cr (Ⅵ) trong nước thải. Bề mặt than hoạt tính có một lượng lớn các nhóm oxy như hydroxyl (-OH), carboxyl (-COOH), v.v., tất cả chúng đều có chức năng hấp phụ tĩnh điện, có tác dụng hấp phụ hóa học đối với Cr (Ⅵ). Hoàn toàn có thể được sử dụng để xử lý Cr (Ⅵ) trong nước thải mạ điện, nước thải sau khi hấp thụ có thể đạt tiêu chuẩn khí thải quốc gia [4].

Các thử nghiệm cho thấy: nồng độ khối lượng Cr (IV) trong dung dịch là 50 mg/L, pH=3, thời gian hấp phụ 1. Tại 5h, cả tính chất hấp phụ của than hoạt tính và tỷ lệ loại bỏ Cr (IV) đều đạt được hiệu quả tốt hơn [5].

Do đó, quá trình sử dụng than hoạt tính để xử lý nước thải có chứa crôm là kết quả của sự kết hợp của than hoạt tính đối với sự hấp phụ vật lý của Cr (Ⅵ), hấp phụ hóa học, khử hóa học, v.v. trong dung dịch. Than hoạt tính xử lý nước thải có chứa crôm, hiệu suất hấp phụ ổn định, hiệu quả xử lý cao, chi phí vận hành thấp, có lợi ích xã hội và lợi ích kinh tế nhất định.

3.2 Than hoạt tính xử lý nước thải cyanogen

Trong sản xuất công nghiệp, khai thác vàng và bạc ướt, sản xuất sợi hóa học, luyện cốc, amoniac tổng hợp, mạ điện, sản xuất khí đốt và các ngành công nghiệp khác sử dụng xyanua hoặc xyanua phụ,[6] vì vậy trong quá trình sản xuất phải xả một lượng nước thải chứa xyanua nhất định.

Than hoạt tính đã được sử dụng để làm sạch nước thải trong một lịch sử khá dài, và các tài liệu về ứng dụng để xử lý nước thải có chứa cyanogen đã được báo cáo ngày càng nhiều. [1] Nhưng do CN, HCN có khả năng hấp phụ nhỏ trên than hoạt tính, thường là 3 mg CN/gAC~8 mg CN/gAC (thay đổi theo giống) [2] nên chi phí xử lý không được tính.

3.3 Than hoạt tính xử lý nước thải chứa thủy ngân

Than hoạt tính có đặc tính hấp thụ thủy ngân và các hợp chất chứa thủy ngân, nhưng khả năng hấp thụ hạn chế và chỉ thích hợp để xử lý nước thải có hàm lượng thủy ngân thấp. Nếu nồng độ chứa thủy ngân cao hơn, trước tiên có thể được xử lý bằng phương pháp kết tủa hóa học, sau khi xử lý chứa thủy ngân khoảng 1 mg/L, cao hơn có thể đạt 2-3 mg/L, sau đó sử dụng than hoạt tính để xử lý thêm.

3.4 Than hoạt tính xử lý nước thải phenol

Nước thải chứa phenol có nguồn gốc rộng rãi từ các nhà máy hóa dầu, nhà máy nhựa, nhà máy luyện cốc và nhà máy lọc dầu. Nó đã được chứng minh bằng thực nghiệm: than hoạt tính paraphenol có hiệu suất hấp phụ tốt, nhiệt độ tăng không có lợi cho sự hấp phụ, làm giảm khả năng hấp phụ; Nhưng thời gian tăng nhiệt độ đạt tới cân bằng hấp phụ rút ngắn lại. Có một giá trị tốt hơn về số lượng và thời gian hấp phụ của than hoạt tính, trong điều kiện axit và trung tính, tỷ lệ loại bỏ không thay đổi nhiều; Trong điều kiện kiềm mạnh, tỷ lệ loại bỏ phenol giảm mạnh, độ kiềm càng mạnh, hiệu quả hấp phụ càng kém.

3.5 Than hoạt tính xử lý nước thải chứa methanol

Than hoạt tính có thể hấp thụ methanol, nhưng khả năng hấp thụ không mạnh, chỉ thích hợp để xử lý nước thải có hàm lượng methanol thấp. Kết quả vận hành kỹ thuật cho thấy COD của hỗn hợp lỏng có thể được giảm từ 40 mg/L xuống dưới 12 mg/L, tỷ lệ loại bỏ methanol đạt 93,16%~100%, chất lượng nước đầu ra của nó có thể đáp ứng yêu cầu chất lượng nước đầu vào của hệ thống khử muối nồi hơi. [1]

3.6 Xử lý sâu trong nhà máy lọc dầu

Nhà máy lọc dầu chứa nước thải dầu, sau khi tách dầu, nổi không khí và xử lý sinh học, được xử lý bằng cách lọc cát và lọc than hoạt tính ở độ sâu. Hàm lượng phenol trong nước thải giảm từ 0,1 mg/L (sau khi xử lý sinh học) xuống 0,005 mg/L, cyanogen giảm từ 0,19 mg/L xuống 0,048 mg/L và COD giảm từ 85 mg/L xuống 18 mg/L.

4, Viễn cảnh

Với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ và các yêu cầu đặc biệt của xử lý nước thải, nghiên cứu than hoạt tính đã phát triển dần từ cấu trúc lỗ chân lông và diện tích bề mặt cụ thể của chính nó để nghiên cứu ảnh hưởng của các nhóm chức năng bề mặt đối với tính chất hấp phụ của than hoạt tính.

Ví dụ, sợi than hoạt tính (gọi tắt là ACF) đã được các nhà khoa học chú ý trong việc xử lý nước thải trong những năm gần đây, đường kính của nó thường là 5~20 μ m, nguyên tắc chuẩn bị của nó giống như chuẩn bị than hoạt tính truyền thống, tức là carbon sợi được xử lý bằng hơi nước hoặc kích hoạt carbon dioxide trên 800 ℃. Cấu trúc lỗ chân lông của than hoạt tính dạng sợi chủ yếu là vi mô, có rất ít lỗ trung bình, hầu như không có lỗ lớn, diện tích bề mặt cụ thể có thể đạt 2500m2/g. Nó có tỷ lệ hấp phụ và khử phụ quyết định, công suất hấp phụ lớn, tính dẫn điện cao.

Các thí nghiệm cho thấy công suất hấp phụ của ACF-P-phenol là 248 mg/g, sau khi bão hòa hấp phụ, công suất hấp phụ tái tạo nhiều lần hầu như không thay đổi, và hiệu suất hấp phụ tốt hơn than hoạt tính. Ở nhiệt độ phòng, trong điều kiện axit hoặc trung tính, 0,5 g sợi than hoạt tính được đổ vào nước thải mô phỏng chứa phenol ở nồng độ 100mL 282 mg/L, dao động nhiệt độ không đổi trong 30 phút và tỷ lệ loại bỏ phenol có thể đạt 91% [8].

Gần đây, người ta phát hiện ra rằng than hoạt tính không chỉ có đặc tính hấp phụ, mà còn thể hiện các đặc tính xúc tác, do đó, quá trình oxy hóa xúc tác ngày càng được chú ý và nghiên cứu của nó cũng đang ngày càng sâu sắc. Để cải thiện hiệu quả xử lý, bắt đầu từ nghiên cứu cơ chế oxy hóa xúc tác, thay đổi cấu trúc bề mặt của than hoạt tính [9], cải thiện khả năng của than hoạt tính và tìm kiếm chất hấp phụ lý tưởng.

5, Kết luận

Phương pháp xử lý nước thải hiện tại của Trung Quốc bằng phương pháp hấp thụ than hoạt tính đang ở giai đoạn phát triển ban đầu. Một số lý thuyết và kỹ thuật liên quan chưa đủ chín muồi. Hơn nữa, ở nước ta, hiện nay nguồn cung cấp than hoạt tính tương đối chặt chẽ, ít thiết bị tái chế, chi phí tái chế cao, hạn chế việc sử dụng rộng rãi than hoạt tính. Các ứng dụng khác nhau đòi hỏi than hoạt tính với các chức năng khác nhau. Các sản phẩm than hoạt tính ban đầu không thể đáp ứng các yêu cầu mới, vì vậy việc liên tục phát triển các sản phẩm than hoạt tính mới là rất quan trọng. Vì vậy, nó đòi hỏi sự tham gia tích cực của các công nhân chuyên nghiệp và sự hỗ trợ to lớn của chính phủ, áp dụng phương pháp nghiên cứu đa ngành và hội nhập, để công nghệ xử lý nước thải than hoạt tính phát triển theo hướng khoa học và tốt hơn.

专业水处理的疑难问题，产品选型问题，可以单击下面的微信二维码电话联系贺工在线指导，长按微信二维码可自动识别添加贺工微信沟通解决您的疑难问题