活性炭吸附在制藥廢水處理中的應(yīng)用
摘要：制藥廢水具有成分復(fù)雜、有機(jī)污染物濃度高、波動(dòng)性大、可生化性差、毒性大等特點(diǎn)，是一種較難處理的工業(yè)廢水，鑒于其行業(yè)特殊性，制藥廢水的處理已成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的一個(gè)難題。活性炭吸附是利用活性炭的固體表面對(duì)水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用以去除污染物的目的，具有適應(yīng)范圍廣、處理效果好、可回收有用物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理中的應(yīng)用日益增多。本文主要介紹了活性炭吸附的特點(diǎn)及其在制藥廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展，以為制藥廢水的處理提供參考和借鑒。
1、引言
隨著我國(guó)近年來制藥行業(yè)的快速發(fā)展，制藥廢水的排放量日益增加。制藥廢水的成分往往非常復(fù)雜，同時(shí)具有有機(jī)污染物濃度高、波動(dòng)性大、可生化性差、毒性大等特點(diǎn)，是一種較難處理的工業(yè)廢水。如果沒有進(jìn)行妥善的處理排入自然水體，會(huì)對(duì)環(huán)境造成非常大的危害，甚至危害人類的身體健康。鑒于其行業(yè)的特殊性，制藥廢水的處理已成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的一個(gè)難題。如能較好地解決制藥廢水的處理難題，對(duì)于制藥行業(yè)的健康發(fā)展以及國(guó)家醫(yī)藥安全也具有重要意義。
制藥廢水的處理通常包括物化、化學(xué)、生化處理過程以及組合工藝。制藥廢水的處理往往需要先進(jìn)行預(yù)處理，去除難降解物質(zhì)，提高廢水的可生化性，后面進(jìn)行生化處理實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。吸附法利用多孔性固體吸附廢水中的有機(jī)污染物實(shí)現(xiàn)去除的目的，操作簡(jiǎn)便、適用廣泛、可回收利用資源，作為制藥廢水的預(yù)處理以及后續(xù)處理日益得到應(yīng)用。
從環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)角度出發(fā)，水處理技術(shù)應(yīng)考慮兼顧資源回收和廢水處理達(dá)標(biāo)排放兩個(gè)方面。吸附法不僅可以實(shí)現(xiàn)去除有機(jī)污染物的目的，還可回收有用物質(zhì)，因此吸附法具有雙重優(yōu)點(diǎn)。
常用的吸附劑有活性炭、活性煤、腐殖酸類、吸附樹脂等。由于活性炭表面積大以及微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，具有較好的物理吸附和化學(xué)吸附能力。中國(guó)從20世紀(jì)70年代初就開始研究活性炭處理廢水的技術(shù)，活性炭是目前水處理中普遍采用的吸附劑。
2、活性炭吸附技術(shù)介紹
活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭，將有機(jī)原料在隔絕空氣的條件下加熱炭化，然后與氣體反應(yīng)，表面被侵蝕，從而產(chǎn)生發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)。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)，顆粒越小，孔隙擴(kuò)散速度越快，活性炭的吸附能力就越強(qiáng)。活性炭不僅對(duì)水中溶解的有機(jī)物，如：苯類化合物、酚類化合物、石油及石油產(chǎn)品等，具有較強(qiáng)的吸附能力，而且對(duì)用生物法及其他方法難以去除的有機(jī)物，如：色度、臭味、表面活性物質(zhì)、胺類化合物以及許多人工合成的有機(jī)化合物及重金屬都有較好的去除效果。
活性炭吸附法具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：
①原料來源廣。如：煤、木材、果殼、椰殼、核桃殼、杏殼、棗殼等。利用廢木料、果殼等為原料制備活性炭，除了獲得吸附劑以外，還實(shí)現(xiàn)了廢物的資源化利用；
②回收有用物質(zhì)。如：用活性炭吸附含酚廢水，可以通過堿處理，再生吸附飽和的活性炭，回收酚鈉鹽；
③適用廣泛：對(duì)廢水中絕大多數(shù)有機(jī)污染物都可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的處理效果，同時(shí)對(duì)于水量及有機(jī)物負(fù)荷的變動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性能；此外，活性炭還耐酸、堿腐蝕；
④操作簡(jiǎn)便：日常只需運(yùn)行觀察和設(shè)備維護(hù)，吸附飽和后進(jìn)行活性炭更換、再生活化；
⑤通過再生利用可節(jié)省成本：被吸附的有機(jī)物在再生過程中被去除，實(shí)現(xiàn)活性炭的再生利用，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省成本的目的。
活性炭吸附根據(jù)固體外表吸附力不同可分為物理吸附、化學(xué)吸附、交流吸附。
物理吸附是吸附劑和污染物經(jīng)過分子間作用力相互吸附。由于活性炭發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)提供了大量的比表面積，因此活性炭具有較強(qiáng)的吸附能力。
化學(xué)吸附是吸附劑和污染物之間靠化學(xué)鍵的反應(yīng)發(fā)生的吸附。活性炭表面含有少量功能團(tuán)形式的氧和氫，如：羥基、羧基、酚類、內(nèi)脂類、醚類等，可以與被吸附質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而吸附廢水中污染物。化學(xué)吸附具有選擇性，由于化學(xué)吸附靠吸附劑和污染物直接的化學(xué)鍵力進(jìn)行的，因此比較穩(wěn)定，不易解吸。
污染物在吸附過程中伴隨著離子的電荷的交換即離子交流，也會(huì)形成交流吸附。
當(dāng)活性炭吸附達(dá)到飽和后，通過脫附再生重復(fù)使用。常用的活性炭再生方法有熱再生法、溶劑再生法、生物再生法、催化濕式氧化法等。
3、活性炭吸附在制藥廢水處理中的應(yīng)用
由于活性炭吸附具有上述優(yōu)點(diǎn)，在制藥廢水處理中的應(yīng)用日益增多。
用活性炭纖維吸附處理苯酚廢水的研究表明，活性炭纖維吸附容量大，吸附速度快，吸附飽和的活性炭纖維用10%的氫氧化鈉溶液再生，苯酚再生時(shí)回收率達(dá)69.5%。
采用活性碳纖維吸附處理對(duì)硝基苯酚廢水，結(jié)果表明廢水中的有害物質(zhì)能夠得到有效去除同時(shí)還可回收利用對(duì)硝基苯酚和氯化鈉，實(shí)現(xiàn)了對(duì)硝基苯酚的清潔生產(chǎn)。
采用活性炭催化臭氧氧化降解制藥廢水，結(jié)果表明活性炭和臭氧的復(fù)合使用對(duì)反應(yīng)體系有顯著的協(xié)同催化效應(yīng)，廢水COD去除率由單獨(dú)臭氧氧化的33.1%提高到72.57%，顯著提高了廢水的可生化性，有利于進(jìn)一步的生化處理。
混凝和活性炭吸附深度處理制藥廢水，結(jié)果表明混凝對(duì)廢水中顆粒態(tài)和大分子有機(jī)物有良好去除效果，但無法有效去除污水中的小分子熒光物質(zhì)；活性炭吸附對(duì)SMP、腐殖酸和富里酸等熒光物質(zhì)的去除率均能達(dá)到90%以上。
混凝、活性炭吸附和H2O2氧化技術(shù)組合處理以小分子為主、難生物降解制藥廢水的二級(jí)生化出水，結(jié)果表明對(duì)COD去除效果較好，投加1.0g/L的粉末活性炭，COD的去除率可以達(dá)到50%-60%，COD去除效果得到提高。
生物活性炭技術(shù)和臭氧結(jié)合使用的凈水技術(shù)，臭氧在氧化水中有機(jī)物的同時(shí)被還原，為活性炭中的微生物繼續(xù)氧化小分子有機(jī)物提供充足的氧氣，具有使用周期長(zhǎng)，效率高，出水水質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)。
采用活性炭替代濾池中的石英砂，利用活性炭易于長(zhǎng)生物膜的特性降解水中的有機(jī)污染物，有機(jī)物去除的效率得到大幅度提升。
粉末活性炭的添加能夠大幅提高生物濾池對(duì)有機(jī)物的去除，并且能夠大大減小出水中的三鹵代烷的生成量。
添加粉末活性炭的活性污泥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了COD的高效、穩(wěn)定去除，以及良好的固液分離性能和污泥脫水性能。
在鹽酸林可霉素原料藥廢水的處理中采用添加粉末活性炭馴化活性污泥，結(jié)果表明添加粉末活性炭能夠始終保持較高的COD去除率。
這些成果對(duì)于活性炭吸附技術(shù)在制藥廢水處理中的應(yīng)用推廣，有利于更好的發(fā)揮活性炭吸附技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為制藥廢水的達(dá)標(biāo)排放提供參考和借鑒。
4、結(jié)語和展望
制藥廢水具有成分復(fù)雜、有機(jī)污染物濃度高、波動(dòng)性大、可生化性差、毒性大等特點(diǎn)，是一種較難處理的工業(yè)廢水。鑒于其行業(yè)特殊性，制藥廢水的處理已成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的一個(gè)難題。活性炭吸附是利用活性炭的固體表面對(duì)水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用以去除污染物的目的，具有適應(yīng)范圍廣、處理效果好、可回收有用物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理中的應(yīng)用日益增多。
目前關(guān)于活性炭吸附研究的一些理論還不成熟，并且活性炭再生的成本也限制了活性炭吸附技術(shù)的推廣應(yīng)用，筆者認(rèn)為相關(guān)研究將更多的集中于與其他廢水處理技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，以及高效、低耗的活性炭再生技術(shù)。