活性炭吸附在炼油化工废水回收利用中的应用

活性炭吸附在炼油化工废水回收利用中的应用

徐飞

国家能源集团新疆能源有限责任公司活性炭分公司 新疆 831408

摘要：随着炼油化工企业的发展，工业废水的出现对城市的生态发展造成了严重的影响。分析炼油化工企业的废水回用及活性炭吸附技术，其核心目的是通过优化专业技术，实现炼油化工企业废水的有效回用，为炼油化工企业资源的可持续利用提供良好保障。

关键词：活性炭；炼油化工；废水；回收利用

随着我国水资源的日益短缺，工业污水回用已成为一项势在必行的节水措施。特别是对用水量大的石化、炼油等行业，将外排污水深度处理后回用作循环冷却水的补充水，具有良好的经济、环境效益。活性炭是一种多孔性物质，能去除水处理中的色、味、有机物、溶解性固体和一些重金属离子。基于此，本文探讨了活性炭吸附在炼油化工废水回收利用中的应用。

一、活性炭特征及作用原理

1、特征。活性炭的颜色是暗黑，属于细小炭粒，具有大量微小空隙，所以其比表面积大，同时具有稳定的化学性质，其耐热、耐酸、耐碱性能好，这些性质促使其具有很强的吸附能力，可吸附很多化学物质于表面，属于多孔疏水性吸附剂。同时活性炭还具有一定的催化活性，经常被用作吸附反应的催化剂，主要是由于活性炭的表面具有特殊氧化合物，对多种反应有催化作用；此外，活性炭还可和载持物形成络合物，促使其催化活性增强；因活性炭化学性质稳定，也可作为催化剂的良好载体。

2、作用原理。首先，活性炭可进行物理吸附。活性炭吸附产生的主要原因是固体表面上的原子力场在不饱和状态下会产生表面能，此时会吸附一些分子将表面能降低。在制造活性炭时，除去挥发性的有机物，导致晶格间存在空隙，这些空隙即活性炭的细孔。大量的细孔促使活性炭具有很大的吸附面积，进而具有很强的吸附性能。其次，活性炭可进行化学吸附，在吸附剂和吸附质的表面会交换或共用电子，当发生化学反应时，吸附剂和吸附质间会形成化学键，发生化学反应的吸附即是化学吸附。因加工活性炭的工艺不同，所以活性炭具有的化学吸附性能也存在不同，无论哪种化学吸附在吸附剂和吸附质表面都会形成极性不同的含氧官团。

二、活性炭吸附法概述概述

活性炭吸附法是工业污水处理中的主要方法，通过活性炭自身具备的物理、化学性质，实现对污水的物理、化学吸附，通过活性炭吸附法能吸附污水中存在的杂质，同时，利用活性炭能去除污水中的气味，对发臭的湖泊和水库进行活性炭吸附处理。但仅在具有臭味时，才能通过活性炭吸附法对污水进行处理。当使用活性炭吸附方法时，粉末状活性炭通常直接放入工业废水中，并与污泥混合，以除去气味。

三、活性炭处理炼油废水的作用机理

利用活性炭及其它材料的大面积表面可吸附大分子有机物、退去色度、降低COD和排出其它无机离子，活性炭、碳纤维和某些新型材料是废水处理中普遍用到的吸附材料。当前，生物活性炭处理是污水深度处理中应用最多的处理方法，其原理是经某种途径培养微生物到活性炭的表面，有机结合活性炭吸附作用和微生物再生作用，这样既对活性炭的使用周期起到了延长作用，也节省了污水深度处理开支。

木质和煤质果壳等含碳物质一般是活性炭的原料，在化学或物理活化作用下被制造而成。活性炭表面存在大量细微小孔，比表面积大，通常为700～1600m²/g。对活性炭多孔性和表面进行化学或物理处理，就叫做活性炭处理，这一处理是通过活性炭将污水中剩余的溶解态有机污染物进行吸附，以此对废水进行深度净化，这一过程能有效去除水中的有机物、无机物、离子型或非离子型杂质。通常，活性炭能有效吸附在100～1000埃之间大小的分子，溶解性有机物的相对分子质量在400以下。当有机物分子体积出现一样时，活性炭易吸附芳香族化合物和直链化合物，相比之下较难吸附脂肪族化合物和支链化合物。活性炭耐酸、耐碱、耐高温高压及稳定的化学性等特点决定了其广泛的适应性。根据形态可把商品活性炭分为粉末状和颗粒状。不可再生的粉末状活性炭在废水处理中成本高，而可再生颗粒状活性炭则被广泛应用于深度水处理及微污染水处理中。

活性炭吸附污染物后，经一段时间在适宜温度及营养条件下，碳层中会滋长出对废水处理有着重要作用的微生物。生物活性炭(BAC)是结合活性炭吸附作用和微生物氧化分解作用，其在延长活性炭的使用周期和高效处理工业污水中起着重要作用。

四、活性炭处理炼油废水的实验分析

1、活性炭吸附实验

1)实验参数。实验选用碳粒直径为1.5～2mm的活性炭。要想排除大颗粒悬浮物影响活性炭的吸附效果的因素影响，要先利用纤维束过滤器对工业废水进行预处理。选用直径为70mm，过滤面积为38.47cm²，水流量为14L/h的活性炭过滤器。通过对2.5、5.0、7.5、10.0、12.5、15.0cm等不同厚度炭层的水力停留时间和容积速度进行测定，考察COD、总硬度、Cl^-、总固体等水质指标，。

2)实验结果及分析。综合表格记录数据来看，COD在7.5cm的炭层中下降到30mg/L以下，这时水力拥有充足的停留时间，COD此时具有稳定的去除效果。水力停留时间随着炭层变薄也随之变短，活性炭的吸附速率受到被吸附物质游离向活性炭颗粒表面的速率影响，游离速率决定活性炭的吸附去除效果。当水力停留时间达到某个临界值时，关键变量就变成了被吸附物质的扩散速度，活性炭颗粒会影响其扩散速度，这时与停留时间已无关，所以COD保持不变。活性炭吸附并不能有效去除出水总硬度、电导率、Cl^-等离子。

2、活性炭吸附性能实验。废水处理中的活性炭存在静动态吸附操作。固定床动态吸附是水处理中的常见方式。在工艺设计时，要确定相关设计参数评价活性炭的吸附效果，先要开展动态吸附实验。

1)实验方法及参数。对活性炭进行持续通水，检测活性炭滤池中进入和排出水质量，检验活性炭吸附能力和最大吸附量。实验数据：5L/h的水流量，15mm的炭层，5g的活性炭，7.064cm²的过滤器横截面。

2)实验结果及分析。时间越久，活性炭吸附性越弱。其中，浊度去除率可体现活性炭过滤截留能力，经50h的通水，可充分发挥活性炭截留能力，同时随着出水浊度迅速降低。60h COD和总固体去除率呈现负数状态，此时说明活性炭的吸附能力已逐渐丧失，原因是活性炭已充分发挥其微孔吸附作用。在实际处理工业废水时，应反复清理活性炭，并再生活性炭。活性炭达到饱和的极限时间为50h，在此计算活性炭最大吸附量。若此次研究的吸附物质为COD，活性炭的最大吸附量是0.23g/g；若吸附物质是总固体，最大吸附量则为0.34g/g。活性炭在单位时间内的最大吸附量为4.5mg/(g·h)(以COD为例)和6.7mg/(g·h)(以总固体为例)。

3、活性炭处理效果对比实验。实验对比分析了活性炭吸附过滤和混凝过滤方式的处理效果。混凝剂采用20mg/L PAC+1mg/L PAM。实验结果表明，处理工业废水时选用混凝过滤+活性炭吸附的处理方法能有效处理废水，特别是去除COD、氨氮的效果最佳，大幅降低了腐蚀速率。一方面体现了活性炭吸附较混凝过滤而言能起到高效的净化污水效果，另一方面也体现了使用某些预处理方法后再使用活性炭可提高活性炭吸附效率，提高污水处理后排出水的质量。

五、结论

1、活性炭吸附能很好地处理二级处理的炼油污水，特别是COD、总固体。但在去除电导率、Cl^-、总硬度过程中，表现不佳。

2、活性炭能吸附被臭氧经一系列反应形成小分子有机物，所以臭氧-活性炭联用技术能有效处理工业废水，但在工业废水处理时需额外考虑这种处理方式的成本。

3、吸附物质为COD，活性炭的最大吸附量是0.23g/g；吸附物质是总固体，最大吸附量为0.34g/g。活性炭在单位时间内的最大吸附量为4.5mg/(g·h)与6.7mg/(g·h)。

4、混凝过滤+活性炭吸附比其他处理流程处理工业废水的效果更加明显，特别是去除COD、氨氮和降低腐蚀速率的效果尤为突出。

参考文献：

[1]季凌.活性炭吸附在炼油化工废水回用中的应用[J].工业水处理,2015(11).

[2]赵檀.活性炭吸附在炼油化工废水回用中的应用[J].化工设计通讯,2016(06).

[3]郭茹.活性炭吸附在炼油化工废水回收利用中的应用[J].山东化工，2020(07).