微波-活性炭强化处理紫胶废水及活性炭再生研究

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紫胶是唯一的天然动物树脂,具有优良的物理和化学性能,在中国有悠久的历史和广泛的用途。但紫胶的生产伴随着产地分散、污水产量大、废水难处理等问题急需解决。目前紫胶废水处理方法主要以化学氧化法为主,物理预处理法为辅,存在腐蚀设备、耗能高、效率低等问题。而微波是过程强化技术的一种,具有加热速度快、加热均匀等特点,结合活性炭廉价易得、绿色环保、容易再生等优点,并且两者结合具有协同作用,适合处理紫胶废水。本文采用微波-活性炭强化技术处理紫胶废水,并采用微波法强化再生活性炭,实现活性炭重复利用以节约资源和避免二次污染,主要研究内容如下:(1)本文探究了微波-活性炭强化技术处理紫胶废水的影响因素和效果,以化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)、五日生化需氧量(BOD5)为衡量指标。通过单因素考察和正交试验,得到最佳处理条件为:紫胶废水200m L、活性炭用量4.00g、微波功率480W、微波辐射时间6min、p H值为6-7(废水原p H值),在此条件下,紫胶废水COD去除率为85%,TN、TP去除率达到90%以上,BOD5去除率为46%。(2)实验设计了单独微波辐射、单独活性炭吸附、电热套-活性炭处理三个对比实验,在相似条件下,紫胶废水COD去除率最高分别为8.5%、35%和65%,TN、TP去除率最高仅为75%。对比实验证明了微波-活性炭具有协同作用,能大大提高紫胶废水COD、TN、TP、BOD5的去除率。(3)采用朗格缪尔(Langmuir)和弗来德里希(Freundlich)等温吸附线对单独活性炭吸附和微波-活性炭吸附紫胶废水的过程进行模拟,可知两种吸附过程更符合朗格缪尔吸附模型。动力学分析实验针对原活性炭、再生一次活性炭、再生三次活性炭三种不同吸附剂,得到结论为活性炭吸附紫胶废水不适合用拟一级动力学模型描述和颗粒内扩散模型,而适用于拟二级动力学模型,表明吸附过程以化学吸附为主。(4)用微波法强化再生使用后的活性炭,考察了活性炭用量、微波功率、微波辐射时间、活性炭p H值、气体流量、再生次数六个单因素,以及设计了正交试验,得到最佳再生条件为:活性炭用量4.00g、微波功率480W、微波辐射时间5min、活性炭p H值为7、氮气流量为0.026 m3/h,活性炭可以重复利用七次以上。再生三次的活性炭性能最好,此时活性炭损失率为7%,对紫胶废水的COD去除率为93%,苯酚吸附值可达204mg/g。并用FTIR、SEM、BET等表征活性炭。探讨了微波-活性炭强化技术处理紫胶废水和微波法强化再生活性炭的处理成本,结论为187.75元/吨。
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