第34卷第6期2011年6月
HEBEIHUAGONG
Vol.34,No.6June201
1
环保与安全
活性炭吸附法在工业废水处理中的应用
张跃东
（辽宁石化职业技术学院，辽宁锦州121001）
摘
要：在工业迅速发展的今天，工业废水中各种有毒物质和难以生物降解的污染物对环境的影响，使人们对工
业废水处理的研究越来越深入。阐述了活性炭的吸附机理，活性炭在处理含油污水、染料废水、含铬、汞废水中的应用，提出活性炭的发展前景。
关键词：活性炭；工业废水；吸附作用；吸附能力中图分类号：X703；TQ424.1
文献标识码：B
文章编号：1003-5095(2011)06-0074-03
ApplicationofActiveCarbonAdsorptionMethoelinTreating
IndustrialWastewater
ZHANGYue-dong
(LiaoningPetrochemicalVocationalTechnologyCollage,Jinzhou121001,China)
Abstract:Today,withtherapiddevelopmentofindustry,theenvironmentisinfluencedbymoreandmoretoxicsubstan-cesandpollutantswhicharehardtobebiodegraded.Sopeoplepaymoreattentiontotheindustrialwastewater.Tosumma-rytheadsorptionmechanismofactivecarbon,itsapplicationintreatingoil-pollutedwater,dye-wastewaterandCr、Hgwastewater.Topointoutthedevelopmentprospectofactivecarbon.
Keywords:activecarbon；industrialwastewater；adsorption；adsorptioncapability
由于工业的迅猛发展,排放的废水中含有越来越多的剧毒和难以生物降解的污染物，致使环境生态失衡，对人类的生存造成威胁。据统计，我国每年排出的工业废水约为8×108m3，其中不仅含无机物剧毒成分，而且含有有机物剧毒成分。
由于活性炭表面积大，具有较高的物理吸附和化学吸附能力，吸附效率高、效果好。因此，活性炭吸附法被广泛应用在废水处理中。
中国从70年代初开始研究活性炭处理废水的技术,于1976年建成了第1座处理炼油废水的活性炭高级处理装置。
少非碳成分(此过程称为炭化),然后与气体反应,表面被侵蚀,产生微孔发达的结构(此过程称为活化)。由于活化的过程是一个微观过程，即大量的分子碳化物表面侵蚀是点状侵蚀，所以造成了活
性炭表面具有无数细小孔隙。活性炭表面的微孔直径大多在2～50nm之间,即使是少量的活性炭,也有巨大的表面积，每克活性炭的表面积为500~1500m2，活性炭的一切应用,几乎都基于活性炭的这一特点。
活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说，颗粒越小，孔隙扩散速度越快，活性炭的吸附能力就越强。
吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要
1活性炭的吸附机理
活性炭是一种经特殊处理的炭，将有机原料
(果壳、煤、木材等)在隔绝空气的条件下加热，以减
收稿日期：2011-03-15
作者简介：张跃东（1971-），男，讲师，主要从事化学教学工作,E-mail:[email protected]。
第6期
张跃东：活性炭吸附法在工业废水处理中的应用·75·
指标。吸附能力的大小是用吸附量来衡量的，吸附速度是指单位时间内单位重量的吸附剂所吸附的量。在水处理中，吸附速度决定了吸附剂与污水的接触时间。
活性炭发生的主要是物理吸附,大多数是单层分子吸附,其吸附量与被吸附物的浓度服从朗格缪尔单分子层吸附等温方程：
α=kθ=
kbp
2.2活性炭处理染料废水
纺织工业的发展带动了染料生产的发展。调查表明,全世界每年染料产量超过70万t，生产中有2%的染料直接进入水体以废水的形式排出,10%在随后的纺织染色过程中损失。染料废水成分复杂、水质变化大、色度深、浓度大，处理困难。处理方法主要有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等。这些方法各有优缺点，其中活性炭能有效地去除废水的色度和COD。活性炭处理染料废水在国内外都有研究，但大多数是和其它工艺耦合，活性炭吸附多用于深度处理或将活性炭作为载体和催化剂，单独使用活性炭处理较高浓度染料废水的研究很少。
活性炭对染料废水有良好的脱色效果。染料废水的脱色率随温度的升高而增加，而pH值对染料废水的脱色效果没有太大的影响。在最佳吸附工艺条件下,酸性品红、碱性品红和活性黑B133染料废水的脱色率均＞97%，出水的色度稀释倍数≤50倍，COD＜50mg/L，达到国家一级排放标准。2.3活性炭处理含铬、汞废水2.3.1
活性炭处理含汞废水
重金属污染物中以汞的毒性最大，当汞进入人体内，就会破坏酶和其它蛋白质的功能并影响其重新合成。活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能，但吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。如果含汞的浓度较高，可以先用化学沉淀法处理，处理后含汞约1mg/L，高时可达2~3mg/L，然后再用活性炭做进一步的处理。2.3.2
活性炭处理含铬废水
随着电镀业的迅猛发展，会产生大量含铬废水。实验证明,6价铬的毒性比3价铬高100倍，会在人、鱼和植物体内蓄积。6价铬对人体皮肤、呼吸系统以及内脏都有伤害，能致呼吸道癌，主要是支气管癌。
活性炭表面存在大量的含氧基团如羟基（—OH）、羧基（—COOH）等，它们都有静电吸附功能，对Cr（Ⅵ）产生化学吸附作用，能有效地吸附废水中的Cr（Ⅵ），吸附后的废水可达到国家排放标准。实验表明，溶液中Cr（Ⅵ）质量浓度为50mg/L、pH=3、吸附时间为1.5h时，活性炭的吸附性能和Cr（Ⅵ）的去除率均达到最佳效果。
利用活性炭处理含铬废水的过程是活性炭对溶液中Cr（Ⅵ）的物理吸附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。活性炭处理含铬废水，吸附性能稳定，处理效率高，操作费用低，有一定的社会效益
式中θ（覆盖度）——一定温度下，吸附分子在固
体表面上所占面积占表面总面积的分数；
P——吸附质在气相的分压；
b=k1/k2——吸附与脱附的速度之比；a——气体在固体表面上的吸附量。
2活性炭在工业废水处理中的应用
目前,活性炭主要作为固体吸附剂,应用在化
工、医药、环境等方面,用于吸附沸点及临界温度较高的物质,分子量较大的有机物。
2.1活性炭处理含油污水
工业含油污水产量大，涉及范围广。例如石油
开采、石油炼制、石油化工、油品贮运、油轮事故、轮船航运、车辆清洗、机械制造、食品加工等过程中均会产生含油污水。油污染作为一种常见的污染，对环境保护和生态平衡危害极大。当今油水分离技术较多,常用方法有重力分离法、空气浮选法、粗粒化法、过滤法、吸附法、超声波法等技术,并且新的除油技术还在不断的研发中。
吸附法是利用亲油性材料,吸附废水中的溶解油及其它溶解性有机物。最常用的吸油材料是活性炭,可吸附废水中的分散油、乳化油和溶解油。由于活性炭对油的吸附容量有限(一般为30～80mg/g)，成本高,再生困难，通常只用作含油废水多级处理的最后一级处理，出水含油质量浓度可降至0.1～0.2mg/L。
由于活性炭对水的预处理要求高，而且活性炭的价格昂贵，因此在废水处理中，活性炭主要用来去除废水中的微量污染物，以达到深度净化的目的。炼油厂含油废水，先经隔油、气浮和生物处理，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含酚量从0.1mg/L（经生物处理后）降至0.005mg/L，含氰量从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L。
河北化工
HebeiChemicalIndustry
第34卷
和经济效益。因此，用活性炭处理含铬废水已得到广泛应用。
活性炭改性就是指用一定的方法处理活性炭使其表面官能团性质及数量发生变化。不同的处理方法可以得到不同的改性活性炭，如以去除有机
污染物为目的的活性炭表面改性的研究方向是：减少表面内酯基及羧基等含氧官能团的含量，增加活性炭表面的疏水性。3.2发展情况及前景
国内外的活性炭生产与应用都比较晚，欧美在20世纪初开始发展活性炭的生产，我国的活性炭事业在20世纪50年代才真正建立起来，70年代有了较大的发展。
我国目前活性炭的供应比较紧张，再生设备少，再生费用高，限制了活性炭的广泛使用。如果活性炭的再生问题得以解决，活性炭的应用会更加广泛。由于不同应用需要不同功能的活性炭，原有的活性炭产品不能满足新的要求，因而不断开发新的活性炭产品就显得十分重要。
参考文献
[1]沈钟,等.胶体与表面化学[M].北京:化学工业出版社,2004.[2]于洪斌,丁蕴铮.活性炭在水处理中的应用方法研究与进展[J].工业水处理,23(8)：12-15.
[3]南京大学物理化学教研室.物理化学（第五版）[M].高等教育出版社，2005.
[4]胡英.物理化学(第四版,下册）[M].高等教育出版社，2005.[5]罗道成,等.活性炭-NaClO催化氧化法处理蒸氨废水的研究[J].湘潭矿业学院学报,2001,16(4):36-38.
[6]程玉良.活性炭材料的改性及其应用[J].中国科技信息,2005,19:66.■
3活性炭的发展前景
随着科学技术的进步和废水处理的特殊要
3.1活性炭的研究进展
求，活性炭的研究从本身的微孔结构和比表面积，逐步发展到研究表面官能团对活性炭吸附性能的影响。3.1.1
活性炭与膜联用处理废水
活性炭与膜联用法是利用活性炭对有机物的富集作用和对水中溶解氧的选择吸附性，在温度及营养物适宜的条件下，使活性炭表面上生长好氧微生物，将活性炭的吸附作用和微生物的分解氧化作用协同起来。采用此法，不仅可以提高废水的处理效果，而且能够较大幅度地延长活性炭的使用寿命，同时还可以降低处理成本，简化运转操作管理。这是一种新近发展起来的污水处理技术。3.1.2
活性炭作为催化剂的载体
活性炭本身巨大的表面积为水中的化学反应提供了大量的反应场所，增加了反应物碰撞的机会，加速了反应的过程。对于某些密度大于水或容易形成沉淀的催化剂(例如某些金属催化剂)，活性炭的存在使这些催化剂可以长期与反应物接触而不被生成物所覆盖,这对于含重金属离子废水的处理有重要意义。3.1.3
活性炭的改性
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1
环保与安全
活性炭吸附法在工业废水处理中的应用
张跃东
（辽宁石化职业技术学院，辽宁锦州121001）
摘
要：在工业迅速发展的今天，工业废水中各种有毒物质和难以生物降解的污染物对环境的影响，使人们对工
业废水处理的研究越来越深入。阐述了活性炭的吸附机理，活性炭在处理含油污水、染料废水、含铬、汞废水中的应用，提出活性炭的发展前景。
关键词：活性炭；工业废水；吸附作用；吸附能力中图分类号：X703；TQ424.1
文献标识码：B
文章编号：1003-5095(2011)06-0074-03
ApplicationofActiveCarbonAdsorptionMethoelinTreating
IndustrialWastewater
ZHANGYue-dong
(LiaoningPetrochemicalVocationalTechnologyCollage,Jinzhou121001,China)
Abstract:Today,withtherapiddevelopmentofindustry,theenvironmentisinfluencedbymoreandmoretoxicsubstan-cesandpollutantswhicharehardtobebiodegraded.Sopeoplepaymoreattentiontotheindustrialwastewater.Tosumma-rytheadsorptionmechanismofactivecarbon,itsapplicationintreatingoil-pollutedwater,dye-wastewaterandCr、Hgwastewater.Topointoutthedevelopmentprospectofactivecarbon.
Keywords:activecarbon；industrialwastewater；adsorption；adsorptioncapability
由于工业的迅猛发展,排放的废水中含有越来越多的剧毒和难以生物降解的污染物，致使环境生态失衡，对人类的生存造成威胁。据统计，我国每年排出的工业废水约为8×108m3，其中不仅含无机物剧毒成分，而且含有有机物剧毒成分。
由于活性炭表面积大，具有较高的物理吸附和化学吸附能力，吸附效率高、效果好。因此，活性炭吸附法被广泛应用在废水处理中。
中国从70年代初开始研究活性炭处理废水的技术,于1976年建成了第1座处理炼油废水的活性炭高级处理装置。
少非碳成分(此过程称为炭化),然后与气体反应,表面被侵蚀,产生微孔发达的结构(此过程称为活化)。由于活化的过程是一个微观过程，即大量的分子碳化物表面侵蚀是点状侵蚀，所以造成了活
性炭表面具有无数细小孔隙。活性炭表面的微孔直径大多在2～50nm之间,即使是少量的活性炭,也有巨大的表面积，每克活性炭的表面积为500~1500m2，活性炭的一切应用,几乎都基于活性炭的这一特点。
活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说，颗粒越小，孔隙扩散速度越快，活性炭的吸附能力就越强。
吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要
1活性炭的吸附机理
活性炭是一种经特殊处理的炭，将有机原料
(果壳、煤、木材等)在隔绝空气的条件下加热，以减
收稿日期：2011-03-15
作者简介：张跃东（1971-），男，讲师，主要从事化学教学工作,E-mail:[email protected]。
第6期
张跃东：活性炭吸附法在工业废水处理中的应用·75·
指标。吸附能力的大小是用吸附量来衡量的，吸附速度是指单位时间内单位重量的吸附剂所吸附的量。在水处理中，吸附速度决定了吸附剂与污水的接触时间。
活性炭发生的主要是物理吸附,大多数是单层分子吸附,其吸附量与被吸附物的浓度服从朗格缪尔单分子层吸附等温方程：
α=kθ=
kbp
2.2活性炭处理染料废水
纺织工业的发展带动了染料生产的发展。调查表明,全世界每年染料产量超过70万t，生产中有2%的染料直接进入水体以废水的形式排出,10%在随后的纺织染色过程中损失。染料废水成分复杂、水质变化大、色度深、浓度大，处理困难。处理方法主要有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等。这些方法各有优缺点，其中活性炭能有效地去除废水的色度和COD。活性炭处理染料废水在国内外都有研究，但大多数是和其它工艺耦合，活性炭吸附多用于深度处理或将活性炭作为载体和催化剂，单独使用活性炭处理较高浓度染料废水的研究很少。
活性炭对染料废水有良好的脱色效果。染料废水的脱色率随温度的升高而增加，而pH值对染料废水的脱色效果没有太大的影响。在最佳吸附工艺条件下,酸性品红、碱性品红和活性黑B133染料废水的脱色率均＞97%，出水的色度稀释倍数≤50倍，COD＜50mg/L，达到国家一级排放标准。2.3活性炭处理含铬、汞废水2.3.1
活性炭处理含汞废水
重金属污染物中以汞的毒性最大，当汞进入人体内，就会破坏酶和其它蛋白质的功能并影响其重新合成。活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能，但吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。如果含汞的浓度较高，可以先用化学沉淀法处理，处理后含汞约1mg/L，高时可达2~3mg/L，然后再用活性炭做进一步的处理。2.3.2
活性炭处理含铬废水
随着电镀业的迅猛发展，会产生大量含铬废水。实验证明,6价铬的毒性比3价铬高100倍，会在人、鱼和植物体内蓄积。6价铬对人体皮肤、呼吸系统以及内脏都有伤害，能致呼吸道癌，主要是支气管癌。
活性炭表面存在大量的含氧基团如羟基（—OH）、羧基（—COOH）等，它们都有静电吸附功能，对Cr（Ⅵ）产生化学吸附作用，能有效地吸附废水中的Cr（Ⅵ），吸附后的废水可达到国家排放标准。实验表明，溶液中Cr（Ⅵ）质量浓度为50mg/L、pH=3、吸附时间为1.5h时，活性炭的吸附性能和Cr（Ⅵ）的去除率均达到最佳效果。
利用活性炭处理含铬废水的过程是活性炭对溶液中Cr（Ⅵ）的物理吸附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。活性炭处理含铬废水，吸附性能稳定，处理效率高，操作费用低，有一定的社会效益
式中θ（覆盖度）——一定温度下，吸附分子在固
体表面上所占面积占表面总面积的分数；
P——吸附质在气相的分压；
b=k1/k2——吸附与脱附的速度之比；a——气体在固体表面上的吸附量。
2活性炭在工业废水处理中的应用
目前,活性炭主要作为固体吸附剂,应用在化
工、医药、环境等方面,用于吸附沸点及临界温度较高的物质,分子量较大的有机物。
2.1活性炭处理含油污水
工业含油污水产量大，涉及范围广。例如石油
开采、石油炼制、石油化工、油品贮运、油轮事故、轮船航运、车辆清洗、机械制造、食品加工等过程中均会产生含油污水。油污染作为一种常见的污染，对环境保护和生态平衡危害极大。当今油水分离技术较多,常用方法有重力分离法、空气浮选法、粗粒化法、过滤法、吸附法、超声波法等技术,并且新的除油技术还在不断的研发中。
吸附法是利用亲油性材料,吸附废水中的溶解油及其它溶解性有机物。最常用的吸油材料是活性炭,可吸附废水中的分散油、乳化油和溶解油。由于活性炭对油的吸附容量有限(一般为30～80mg/g)，成本高,再生困难，通常只用作含油废水多级处理的最后一级处理，出水含油质量浓度可降至0.1～0.2mg/L。
由于活性炭对水的预处理要求高，而且活性炭的价格昂贵，因此在废水处理中，活性炭主要用来去除废水中的微量污染物，以达到深度净化的目的。炼油厂含油废水，先经隔油、气浮和生物处理，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含酚量从0.1mg/L（经生物处理后）降至0.005mg/L，含氰量从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L。
河北化工
HebeiChemicalIndustry
第34卷
和经济效益。因此，用活性炭处理含铬废水已得到广泛应用。
活性炭改性就是指用一定的方法处理活性炭使其表面官能团性质及数量发生变化。不同的处理方法可以得到不同的改性活性炭，如以去除有机
污染物为目的的活性炭表面改性的研究方向是：减少表面内酯基及羧基等含氧官能团的含量，增加活性炭表面的疏水性。3.2发展情况及前景
国内外的活性炭生产与应用都比较晚，欧美在20世纪初开始发展活性炭的生产，我国的活性炭事业在20世纪50年代才真正建立起来，70年代有了较大的发展。
我国目前活性炭的供应比较紧张，再生设备少，再生费用高，限制了活性炭的广泛使用。如果活性炭的再生问题得以解决，活性炭的应用会更加广泛。由于不同应用需要不同功能的活性炭，原有的活性炭产品不能满足新的要求，因而不断开发新的活性炭产品就显得十分重要。
参考文献
[1]沈钟,等.胶体与表面化学[M].北京:化学工业出版社,2004.[2]于洪斌,丁蕴铮.活性炭在水处理中的应用方法研究与进展[J].工业水处理,23(8)：12-15.
[3]南京大学物理化学教研室.物理化学（第五版）[M].高等教育出版社，2005.
[4]胡英.物理化学(第四版,下册）[M].高等教育出版社，2005.[5]罗道成,等.活性炭-NaClO催化氧化法处理蒸氨废水的研究[J].湘潭矿业学院学报,2001,16(4):36-38.
[6]程玉良.活性炭材料的改性及其应用[J].中国科技信息,2005,19:66.■
3活性炭的发展前景
随着科学技术的进步和废水处理的特殊要
3.1活性炭的研究进展
求，活性炭的研究从本身的微孔结构和比表面积，逐步发展到研究表面官能团对活性炭吸附性能的影响。3.1.1
活性炭与膜联用处理废水
活性炭与膜联用法是利用活性炭对有机物的富集作用和对水中溶解氧的选择吸附性，在温度及营养物适宜的条件下，使活性炭表面上生长好氧微生物，将活性炭的吸附作用和微生物的分解氧化作用协同起来。采用此法，不仅可以提高废水的处理效果，而且能够较大幅度地延长活性炭的使用寿命，同时还可以降低处理成本，简化运转操作管理。这是一种新近发展起来的污水处理技术。3.1.2
活性炭作为催化剂的载体
活性炭本身巨大的表面积为水中的化学反应提供了大量的反应场所，增加了反应物碰撞的机会，加速了反应的过程。对于某些密度大于水或容易形成沉淀的催化剂(例如某些金属催化剂)，活性炭的存在使这些催化剂可以长期与反应物接触而不被生成物所覆盖,这对于含重金属离子废水的处理有重要意义。3.1.3
活性炭的改性