摘要：工業(yè)廢水的處理方法很多，主要有化學(xué)沉淀法、電解法和膜處理法等，本文介紹的是活性炭吸附法。活性炭的表面積巨大，有很高的物理吸附和化學(xué)吸附功能。因此活性炭吸附法被廣泛應(yīng)用在廢水處理中，而且具有效率高、效果好等特點。
一、活性炭
活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭，具有無數(shù)細小孔隙，表面積巨大。活性炭有很強的物理吸附和化學(xué)吸附功能，而且還具有解毒作用。解毒作用就是利用了其巨大的面積，將毒物吸附在活性炭的微孔中，從而阻止毒物的吸收。同時，活性炭能與多種化學(xué)物質(zhì)結(jié)合，從而阻止這些物質(zhì)的吸收。
1 活性炭的分類
① 按原料來源分：可分為木質(zhì)活性炭（如椰殼活性炭、杏殼活性炭、木質(zhì)粉炭等）、礦物質(zhì)原料活性炭（各種煤和石油及其加工產(chǎn)物為原料制成的活性炭）、其他原料制成的活性炭（如廢橡膠、廢塑料等制成的活性炭）。
② 按外觀形狀分：一般分為粉末狀或顆粒狀。一般將90%以上通過80目標(biāo)準篩或粒度小于0.175mm的活性炭通稱粉狀活性炭或粉狀炭。粉狀炭在使用時有吸附速度較快，吸附能力使用充分等優(yōu)點，但需專有的分離方法。隨著分離技術(shù)的進步和某些應(yīng)用要求的出現(xiàn)，粉狀炭的粒度有越來越細化的傾向，有的場合已達到微米甚至納米級。粉末狀的活性炭吸附能力強，制備容易，價格較低，但再生困難，一般不能重復(fù)使用。通常把粒度大于0.175mm的活性炭稱作顆料活性炭。顆粒狀的活性炭價格較貴，但可再生后重復(fù)使用，并且使用時的勞動條件較好，操作管理方便。因此在水處理中較多采用顆粒狀活性炭。
顆料活性炭又分為下列幾種：
不定型顆料活性炭。不定型顆料活性炭一般由顆粒狀原料經(jīng)炭化、活化、然后破碎篩分至需要粒度制成，也可以用粉狀活性炭加人適當(dāng)?shù)酿そY(jié)劑經(jīng)適當(dāng)加工而成。
圓柱形活性炭。圓柱形活性炭又稱柱狀炭，一般由粉狀原料和黏結(jié)劑經(jīng)混捏、擠壓成型再經(jīng)炭化、活化等工序制成。也可以用粉狀活性炭加黏結(jié)劑擠壓成型。柱狀炭又有實心和中空之分，中空柱狀炭是柱狀炭內(nèi)有人造的一個或若干個有規(guī)則的小孔。
球形活性炭。球形活性炭顧名思義是圓球形的活性炭，它的制取方法與柱狀炭類似，但有成球過程。也可以用液態(tài)含碳原料經(jīng)噴霧造粒、氧化、炭化、活化制成,還可以用粉狀活性炭加黏結(jié)劑成球加工而成。球形活性炭也有實心和空心球形活性炭之分。
③ 其他形狀的活性炭。除了粉狀活性炭和顆粒活性炭兩大類外，還有其他形狀的，如活性炭纖維、活性炭纖維毯、活性炭布、蜂窩狀活性炭活性炭板等等。
2 活性炭吸附
活性炭是經(jīng)過特殊加同的，表面分子受到的作用力往往不能抵消，所以能量高。當(dāng)與其他物質(zhì)接觸會發(fā)生吸附，有物理吸附，范氏力，化學(xué)吸附—碳與某些物質(zhì)形成化學(xué)鍵。我們可以利用活性炭具有強吸附作用原理，如防毒面具中裝有活性炭，可吸附有毒有害氣體，還可以用活性炭脫色。水質(zhì)凈化是通過活性炭的吸附作用除去有害有機物質(zhì)及重金屬離子，以達到凈化水質(zhì)的目的。
3 影響活性炭吸附的因素
吸附能力和吸附速度是衡量吸附過程的主要指標(biāo)。吸附能力的大小是用吸附量來衡量的。而吸附速度是指單位重量吸附劑在單位時間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。在水處理中，吸附速度決定了污水需要和吸附劑接觸時間。
活性炭的吸附能力與活性炭的孔隙大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來說，顆粒越小，孔隙擴散速度越快，活性炭的吸附能力就越強。污水的pH值和溫度對活性炭的吸附也有影響。活性炭一般在酸性條件下比在堿性條件下有較高的吸附量。吸附反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)，因此溫度低對吸附反應(yīng)有利。
當(dāng)然，活性炭的吸附能力與污水濃度有關(guān)。在一定的溫度下，活性炭的吸附量隨被吸附物質(zhì)平衡濃度的提高而提高。
二、活性炭在污水處理中的應(yīng)用
由于活性炭對水的預(yù)處理要求高，而且活性炭的價格昂貴，因此在廢水處理中，活性炭主要用來去除廢水中的微量污染物，以達到深度凈化的目的。
1 活性炭處理含鉻廢水
鉻是電鍍中用量較大的一種金屬原料，在廢水中六價鉻隨pH值的不同分別以不同的形式存在。
活性炭有非常發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，具有很強的物理吸附能力，能有效地吸附廢水中的Cr（VI）。活性炭的表面存在大量的含氧基團如羥基（-OH）羧基（-COOH）等，它們都有靜電吸附功能，對Cr（VI）產(chǎn)生化學(xué)吸附作用。完全可以用于處理電鍍廢水中的Cr（VI），吸附后的廢水可達到國家排放標(biāo)準。試驗表明：溶液中Cr（VI）質(zhì)量濃度為50m/L，pH=3，吸附時間1.Sh時，活性炭的吸附性能和Cr（V）的去除率均達到較佳效果。
因此，利用活性炭處理含鉻廢水的過程是活性炭對溶液中Cr（V）的物理吸附、化學(xué)吸附、化學(xué)還原等綜合作用的結(jié)果。活性炭處理含鉻廢水，吸附性能穩(wěn)定，處理效率高，操作費用低，有一定的社會效益和經(jīng)濟效益。
2 活性炭處理含氰廢水
在工業(yè)生產(chǎn)中，金銀的濕法提取、化學(xué)纖維的生產(chǎn)、煉焦、合成氨、電鍍、煤氣生產(chǎn)等行業(yè)均使用氰化物或副產(chǎn)氰化物，因而在生產(chǎn)過程中必然要排放一定數(shù)量的含氰廢水。
活性炭用于凈化廢水已有相當(dāng)長的歷史，應(yīng)用于處理含氰廢水的文獻報道也越來越多。但由于CN、HCN在活性炭上的吸附容量小，一般為3mgCN/gAC~8mgCN/gAC（因品種而異），在處理成本上不合算。
3 活性炭處理含汞廢水
活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能，但吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。如果含汞的濃度較高，可以先用化學(xué)沉淀法處理，處理后含汞約lmg/L，高時可達2mg/L~3mg/L，然后再用活性炭做進一步的處理。
4 活性炭處理含酚廢水
含酚廢水廣泛來源于石油化工廠、樹脂廠、焦化廠和煉油化工廠。經(jīng)實驗證明：活性炭對苯酚的吸附性能好，溫度升高不利于吸附，使吸附容量減小；但升高溫度達到吸附平衡的時間縮短。活性炭的用量和吸附時間存在較佳值，酸性和中性條件下，去除率變化不大；強堿性條件下，苯酚去除率急劇下降，堿性越強，吸附效果越差。
5 活性炭處理含甲醇廢水
活性炭可以吸附甲醇，但吸附能力不強，只適宜于處理含甲醇量低的廢水。工程運行結(jié)果表明，可將混合液的COD從40mg/L降至12mg/L以下，對甲醇的去除率達到93.16%~100%，其出水水質(zhì)可以滿足回用到鍋爐脫鹽水系統(tǒng)進水的水質(zhì)要求。
6 煉油廠的深度處理
煉油廠含油廢水，經(jīng)隔油，氣浮和生物處理后，在經(jīng)砂濾和活性炭過濾深度處理。廢水的含酚量從0.1mg/L（經(jīng)生物處理后）降至0.005mg/L，氰從0.19mg/L降至0.048mg/L，COD從85mg/L降至18mg/L。
三、前景
隨著科學(xué)技術(shù)的進步和廢水處理的特殊要求，活性炭的研究從本身的孔結(jié)構(gòu)和比表面積逐步發(fā)展到研究表面官能團對活性炭吸附性能的影響。
例如，活性炭纖維（簡稱ACF）近年來在處理廢水方面受到了科研工作者的重視，它的直徑一般為5μm~20μm，其制備原理與傳統(tǒng)的活性炭制備相同，即將纖維狀碳在800℃以上用水蒸氣或二氧化碳活化處理。纖維狀活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)以微孔為主，中孔很少，幾乎沒有大孔，比表面積可達2500m2/g具有吸附和脫附速率決吸附容量大,導(dǎo)電性高等特點。
實驗表明，ACF對苯酚的吸附容量為248mg/g，吸附飽和后經(jīng)多次再生吸附容量幾乎不變，吸附性能比活性炭好。室溫時，在酸性或中性條件下，向100mL濃度為282mg/L的含酚模擬廢水投加活性炭纖維0.5g，恒溫振蕩30min，苯酚去除率可達91%。近來，人們發(fā)現(xiàn)活性炭不僅有吸附特性，同時表現(xiàn)出催化特性，由此而發(fā)展起來的催化氧化法日益受到重視，其研究也在不斷深化。為了提高處理效率，從研究催化氧化機理出發(fā)，改變活性炭的表面結(jié)構(gòu)，提高活性炭的能力，尋找理想的吸附劑。
四、結(jié)束語
從上世紀六七十年代起環(huán)境保護逐漸成為活性炭較大的消費領(lǐng)域，包括氣、液相吸附的環(huán)保用活性炭往往占發(fā)達國家總用量的60%以上。環(huán)保中的氣相處理是各種工業(yè)生活廢氣的凈化和回收有用溶劑。環(huán)保中的液相吸附處理中主要用于人們生活的上、下水和工業(yè)廢水的處理上。發(fā)達國家的人們的飲用水、城市生活廢水、工業(yè)廢水基本上都采用包括活性炭處理在內(nèi)的三級凈化，發(fā)達國家用于水處理的活性炭約占其總用量的40%~50%。當(dāng)前，中國使用活性炭吸附法處理廢水的方法處于初始發(fā)展階段。一些有關(guān)的理論和技術(shù)還不夠成熟。而且，在我國，目前活性炭的供應(yīng)比較緊張，再生設(shè)備少，再生費用高，限制了活性炭的廣泛使用。不同應(yīng)用需要不同功能的活性炭。原有的活性炭產(chǎn)品不能滿足新的要求，因而不斷開發(fā)新的活性炭產(chǎn)品就顯得十分重要。所以，它需要專業(yè)工作者的積極參與和政府的鼎力支持，采取多學(xué)科交叉與融合的研究方法，使活性炭處理廢水技術(shù)向著更加科學(xué)美好的方向發(fā)展。