活性炭固定床对苯酚废水的动态吸附分析
摘要：活性炭在苯酚废水中起到吸附的作用，采用活性炭固定床動态吸收苯酚废水中的污染物质，净化废水后再排放。活性炭固定床具有高效的吸附作用，其根据废水中苯酚的含量、流量调节动态吸附的速率，提高苯酚废水动态吸收的效率，体现活性炭固定床的有效作用。本文主要探讨活性炭固定床在苯酚废水中动态吸收的效果。
关键词：活性炭；固定床；苯酚废水；动态吸附
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0129-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.074
Abstract： Activated carbon plays an adsorption role in phenol wastewater. The fixed bed of activated carbon is used to dynamically absorb the pollutants in the phenol wastewater and purify the wastewater before it is discharged. The activated carbon fixed bed has an efficient adsorption effect. According to the content of phenol in the wastewater， the flow rate can adjust the dynamic adsorption rate and improve the dynamic absorption efficiency of the phenol wastewater， which shows the effective function of the activated carbon fixed bed. This article mainly discusses the effect of activated carbon fixed bed dynamic absorption in phenol wastewater.
Key words： Activated carbon； Fixed bed； Phenol wastewater； Dynamic adsorption
苯酚是废水中的主要污染物，尤其是塑料生产、农药使用等方面，苯酚废水的排放源比较多，属于重点监测与治理的污染物。苯酚对生物体的破坏性非常大，苯酚废水排放时应该采用活性炭固定床进行动态吸附，去除废水中的苯酚物质后安全排放废水，降低废水对环境的污染，保护好自然环境。
1 活性炭固定床对苯酚废水的吸附与净化分析
苯酚废水的危害性较大，常见于化工厂、制药厂、塑料厂等产业中，苯酚是酚类物质中的主要污染物，不能忽视其对自然环境的影响。苯酚容易引起生物体衰竭，严重时还会出现死亡的问题[1]。活性炭固定床在苯酚废水上有着吸附和净化的作用，解决了苯酚废水的危害问题，活性炭吸附是苯酚废水净化中的重要方法，利用活性炭固定床提高苯酚废水的净化水平，现阶段活性炭固定床是苯酚废水动态吸附的有效方法，而且达到了成熟的工艺标准。活性炭固定床通过动态吸附的方法净化了苯酚废水中的多种污染物，确保苯酚废水可以达到排放的标准，同时有利于提高苯酚废水的回收和利用。
2 活性炭固定床在苯酚废水中的动态吸附试验
（1）试验准备。试验中准备好活性炭，要求活性炭的比表面积是998.4㎡/g，亚甲基蓝是279mg/g，碘值是788mg/g。苯酚，该试验中专门使用超纯水与苯酚融合，配置出苯酚溶液。活性炭固定床动态吸附的试验中需要准备好恒流泵，可以选择型号是HL-2B的恒流泵，动态吸附时使用的是玻璃材质的吸附柱，玻璃柱。（2）试验过程。试验的基本结构为：正常的室温环境中，先把棉网垫在玻璃吸附柱的下部，尽量选择大孔径的棉网；接下来把苯酚吸附柱固定到铁架子台中，吸附柱内放入适量的活性炭，同时吸附柱的底部和恒流泵连接起来，使用橡胶管连接两者即可。苯酚水会在虹吸条件下按照自下而上的顺序流动，试验中为了模拟活性炭固定床的动态吸附条件，需要调节苯酚溶液的速率。根据活性炭固定床对苯酚废水的动态吸附条件，设计好研究试验的内容。按照苯酚废水的实际情况调配苯酚溶液，用来代替苯酚废水，试验中检测水中苯酚物质的含量，在此基础上绘制动态吸附的相关曲线，以原水为参考，标记苯酚含量是10%、90%的吸附时间。试验中测量出初始的进水流量、苯酚含量、活性炭固定床的模拟高度，研究3项参数对动态吸附的影响[2]。初始进水流量是4.82mL/min，此时固定床高度的数值是12cm，试验研究中苯酚溶液配置了3种质量浓度，分别是：100mg/L、150mg/L、200mg/L，用于研究进水流量在不同苯酚溶液质量浓度下的固定床高度。试验中设置苯酚溶液质量浓度是150mg/L，固定床高度设置成12cm，保持两种参数不变，改变苯酚融合到活性炭固定床的进水体积流量，改为3.31、4.82、6.47mL/min，当测定固定床的高度数据时，记录下苯酚溶液的质量浓度与进水时的体积流量。试验中采用规定的测定方法分析活性炭固定床对苯酚废水动态吸附的影响。针对试验研究过程构建研究动态吸附的数学模型，模型要和试验匹配，数学模型中模拟试验的过程，致力于获取活性炭固定床对苯酚废水动态吸附的试验数据。本文以穿透模型为例，分析动态吸附的试验过程[3]。穿透模型中提供了假设的条件，其可参考试验研究的实际内容实行假设，模型中得出活性炭固定床对苯酚废水动态吸附作用下，吸附速率和活性炭穿透时的关系，实际吸附速率下降概率，与穿透概率及吸附概率成正比例的变化关系，穿透模型促使数学计算简单化，利用如下公式获取动态吸附的参数：
ln[ρ/ρ（ρ0-ρ）]=kYN（t-t0.5）
上述公式中，ρ0、ρ表示初始进水的质量浓度、出水苯酚的质量浓度；kYN是吸附速率常数，t、t0.5表示吸附时间、出水质量浓度达到进水苯酚的50%时消耗的时间[4]。该穿透模型中的数学计算专门分析吸附传质速率，模型中表明了吸附常数越大，穿透模型的曲线斜率就会越大。试验中还研究了无效厚度理论，无效厚度是指活性炭固定床动态吸附苯酚废水的过程中，动态吸附处于透过点位置，此时固定床吸附苯酚的床层厚度不达标，固定床动态吸附达到完全吸附的能力状态，实际并没有完全吸附匹配的苯酚质量浓度。无效厚度理论（LUB）的表达公式如下：
LUB=L-Ltb/t*
公式中，L是固定床床層的长度，tb表示穿透时间，t*是0.5时位置的操作时间。
3 活性炭固定床在苯酚废水中的动态吸附结果
根据活性炭固定床在苯酚废水中的动态吸附研究，从进水苯酚含量、固定床高度、进水流量3个方面，分析动态吸附的影响结果，如下：
3.1 进水苯酚
以下图1为参考，分析进水苯酚中活性炭固定床动态吸附的结果，初始阶段，进水泵分的含量增加时，穿透时间的曲线有明显的左移现象，也就是说苯酚含量会对活性炭固定床的饱和速率产生一定程度的影响，苯酚溶液的含量变大，固定床动态吸附的驱动力也会变大，活性炭吸附了大量的苯酚物质，固定床内活性炭与苯酚物质的质量增加，带动向前传动的速度。
3.2 固定床高度
固定床的高度增加后，废水中的苯酚与活性炭的接触时间会变长，增加了活性炭动态吸附苯酚的量，穿透点会向右侧移动，活性炭固定床上的填料高度增加后，苯酚在固定床上的停留时间会增加，促进活性炭动态吸附苯酚，有效提高了固定床的吸附能力，保障动态吸附的效果。
3.3 进水流量
苯酚废水溶液的进水流量加快后，穿透点偏左，说明进水流量越大，废水中的苯酚物质与活性炭固定床的接触时间减小，固定床会在短时间内趋向于饱和，提前了穿透的时间点。高流速下的活性炭固定床动态吸附的效果不如低流速的条件。综上所述，活性炭固定床动态吸附废水中苯酚物质时，受到进水流量、固定床高度、进水流量因素的影响，调节好各项参数才能保障活性炭固定床动态吸附的效果，净化苯酚废水。
4 结束语
活性炭固定床在苯酚废水中的动态吸附，净化了废水资源，解决了苯酚废水的环境污染问题。活性炭固定床的动态吸附方式决定了苯酚废水的净化效果，采用试验研究的方法，规划好活性炭固定床的具体应用，满足苯酚废水的净化需求，最主要的是优化活性炭固定床在苯酚废水中的动态吸附作用。
参考文献
[1]李梦红，刘爱菊，安久涛，牛晓音，孟庆梅.活性炭固定床对苯酚废水的动态吸附研究[J/OL].水处理技术，2017，（11）：80-84.
[2]武晓娜.超重力吸附法处理含酚废水探索性研究[D].太原：中北大学，2016.
[3]邵琰.含酚废水在结构化固定床上的吸附动力学[D].广州：华南理工大学，2013.
[4]王韬，李鑫钢，杜启云.含酚废水治理技术研究进展[J].化工进展，2008，27（2）：231-235.
收稿日期：2018-01-05
作者简介：李文俊（1986-），男，本科，中级工程师，研究方向为环保工程。
关键词：活性炭；固定床；苯酚废水；动态吸附
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0129-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.074
Abstract： Activated carbon plays an adsorption role in phenol wastewater. The fixed bed of activated carbon is used to dynamically absorb the pollutants in the phenol wastewater and purify the wastewater before it is discharged. The activated carbon fixed bed has an efficient adsorption effect. According to the content of phenol in the wastewater， the flow rate can adjust the dynamic adsorption rate and improve the dynamic absorption efficiency of the phenol wastewater， which shows the effective function of the activated carbon fixed bed. This article mainly discusses the effect of activated carbon fixed bed dynamic absorption in phenol wastewater.
Key words： Activated carbon； Fixed bed； Phenol wastewater； Dynamic adsorption
苯酚是废水中的主要污染物，尤其是塑料生产、农药使用等方面，苯酚废水的排放源比较多，属于重点监测与治理的污染物。苯酚对生物体的破坏性非常大，苯酚废水排放时应该采用活性炭固定床进行动态吸附，去除废水中的苯酚物质后安全排放废水，降低废水对环境的污染，保护好自然环境。
1 活性炭固定床对苯酚废水的吸附与净化分析
苯酚废水的危害性较大，常见于化工厂、制药厂、塑料厂等产业中，苯酚是酚类物质中的主要污染物，不能忽视其对自然环境的影响。苯酚容易引起生物体衰竭，严重时还会出现死亡的问题[1]。活性炭固定床在苯酚废水上有着吸附和净化的作用，解决了苯酚废水的危害问题，活性炭吸附是苯酚废水净化中的重要方法，利用活性炭固定床提高苯酚废水的净化水平，现阶段活性炭固定床是苯酚废水动态吸附的有效方法，而且达到了成熟的工艺标准。活性炭固定床通过动态吸附的方法净化了苯酚废水中的多种污染物，确保苯酚废水可以达到排放的标准，同时有利于提高苯酚废水的回收和利用。
2 活性炭固定床在苯酚废水中的动态吸附试验
（1）试验准备。试验中准备好活性炭，要求活性炭的比表面积是998.4㎡/g，亚甲基蓝是279mg/g，碘值是788mg/g。苯酚，该试验中专门使用超纯水与苯酚融合，配置出苯酚溶液。活性炭固定床动态吸附的试验中需要准备好恒流泵，可以选择型号是HL-2B的恒流泵，动态吸附时使用的是玻璃材质的吸附柱，玻璃柱。（2）试验过程。试验的基本结构为：正常的室温环境中，先把棉网垫在玻璃吸附柱的下部，尽量选择大孔径的棉网；接下来把苯酚吸附柱固定到铁架子台中，吸附柱内放入适量的活性炭，同时吸附柱的底部和恒流泵连接起来，使用橡胶管连接两者即可。苯酚水会在虹吸条件下按照自下而上的顺序流动，试验中为了模拟活性炭固定床的动态吸附条件，需要调节苯酚溶液的速率。根据活性炭固定床对苯酚废水的动态吸附条件，设计好研究试验的内容。按照苯酚废水的实际情况调配苯酚溶液，用来代替苯酚废水，试验中检测水中苯酚物质的含量，在此基础上绘制动态吸附的相关曲线，以原水为参考，标记苯酚含量是10%、90%的吸附时间。试验中测量出初始的进水流量、苯酚含量、活性炭固定床的模拟高度，研究3项参数对动态吸附的影响[2]。初始进水流量是4.82mL/min，此时固定床高度的数值是12cm，试验研究中苯酚溶液配置了3种质量浓度，分别是：100mg/L、150mg/L、200mg/L，用于研究进水流量在不同苯酚溶液质量浓度下的固定床高度。试验中设置苯酚溶液质量浓度是150mg/L，固定床高度设置成12cm，保持两种参数不变，改变苯酚融合到活性炭固定床的进水体积流量，改为3.31、4.82、6.47mL/min，当测定固定床的高度数据时，记录下苯酚溶液的质量浓度与进水时的体积流量。试验中采用规定的测定方法分析活性炭固定床对苯酚废水动态吸附的影响。针对试验研究过程构建研究动态吸附的数学模型，模型要和试验匹配，数学模型中模拟试验的过程，致力于获取活性炭固定床对苯酚废水动态吸附的试验数据。本文以穿透模型为例，分析动态吸附的试验过程[3]。穿透模型中提供了假设的条件，其可参考试验研究的实际内容实行假设，模型中得出活性炭固定床对苯酚废水动态吸附作用下，吸附速率和活性炭穿透时的关系，实际吸附速率下降概率，与穿透概率及吸附概率成正比例的变化关系，穿透模型促使数学计算简单化，利用如下公式获取动态吸附的参数：
ln[ρ/ρ（ρ0-ρ）]=kYN（t-t0.5）
上述公式中，ρ0、ρ表示初始进水的质量浓度、出水苯酚的质量浓度；kYN是吸附速率常数，t、t0.5表示吸附时间、出水质量浓度达到进水苯酚的50%时消耗的时间[4]。该穿透模型中的数学计算专门分析吸附传质速率，模型中表明了吸附常数越大，穿透模型的曲线斜率就会越大。试验中还研究了无效厚度理论，无效厚度是指活性炭固定床动态吸附苯酚废水的过程中，动态吸附处于透过点位置，此时固定床吸附苯酚的床层厚度不达标，固定床动态吸附达到完全吸附的能力状态，实际并没有完全吸附匹配的苯酚质量浓度。无效厚度理论（LUB）的表达公式如下：
LUB=L-Ltb/t*
公式中，L是固定床床層的长度，tb表示穿透时间，t*是0.5时位置的操作时间。
3 活性炭固定床在苯酚废水中的动态吸附结果
根据活性炭固定床在苯酚废水中的动态吸附研究，从进水苯酚含量、固定床高度、进水流量3个方面，分析动态吸附的影响结果，如下：
3.1 进水苯酚
以下图1为参考，分析进水苯酚中活性炭固定床动态吸附的结果，初始阶段，进水泵分的含量增加时，穿透时间的曲线有明显的左移现象，也就是说苯酚含量会对活性炭固定床的饱和速率产生一定程度的影响，苯酚溶液的含量变大，固定床动态吸附的驱动力也会变大，活性炭吸附了大量的苯酚物质，固定床内活性炭与苯酚物质的质量增加，带动向前传动的速度。
3.2 固定床高度
固定床的高度增加后，废水中的苯酚与活性炭的接触时间会变长，增加了活性炭动态吸附苯酚的量，穿透点会向右侧移动，活性炭固定床上的填料高度增加后，苯酚在固定床上的停留时间会增加，促进活性炭动态吸附苯酚，有效提高了固定床的吸附能力，保障动态吸附的效果。
3.3 进水流量
苯酚废水溶液的进水流量加快后，穿透点偏左，说明进水流量越大，废水中的苯酚物质与活性炭固定床的接触时间减小，固定床会在短时间内趋向于饱和，提前了穿透的时间点。高流速下的活性炭固定床动态吸附的效果不如低流速的条件。综上所述，活性炭固定床动态吸附废水中苯酚物质时，受到进水流量、固定床高度、进水流量因素的影响，调节好各项参数才能保障活性炭固定床动态吸附的效果，净化苯酚废水。
4 结束语
活性炭固定床在苯酚废水中的动态吸附，净化了废水资源，解决了苯酚废水的环境污染问题。活性炭固定床的动态吸附方式决定了苯酚废水的净化效果，采用试验研究的方法，规划好活性炭固定床的具体应用，满足苯酚废水的净化需求，最主要的是优化活性炭固定床在苯酚废水中的动态吸附作用。
参考文献
[1]李梦红，刘爱菊，安久涛，牛晓音，孟庆梅.活性炭固定床对苯酚废水的动态吸附研究[J/OL].水处理技术，2017，（11）：80-84.
[2]武晓娜.超重力吸附法处理含酚废水探索性研究[D].太原：中北大学，2016.
[3]邵琰.含酚废水在结构化固定床上的吸附动力学[D].广州：华南理工大学，2013.
[4]王韬，李鑫钢，杜启云.含酚废水治理技术研究进展[J].化工进展，2008，27（2）：231-235.
收稿日期：2018-01-05
作者简介：李文俊（1986-），男，本科，中级工程师，研究方向为环保工程。
