摘要：酚類廢水是典型的污染廢水，是一種生物毒性物質(zhì)。隨著國(guó)家相關(guān)法律政策的日益嚴(yán)格，酚類廢水已成為廢水處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。文章介紹了近年來(lái)活性炭吸附法處理酚類廢水的研究進(jìn)展，簡(jiǎn)要介紹了活性炭處理酚類物質(zhì)的吸附機(jī)理，詳細(xì)討論了該方法的各項(xiàng)參數(shù)，包括活性炭的選擇及預(yù)處理，廢水的值pH，反應(yīng)時(shí)間，用量，溫度等。
酚屬高毒物質(zhì)。酚類化合物在生物體內(nèi)能夠使細(xì)胞組織失去活性，蛋白質(zhì)受到酚類化合物的侵害后，可凝固形成不溶性蛋白質(zhì)。酚類化合物對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的破壞尤為嚴(yán)重，能誘發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生病變現(xiàn)象。人體攝入一定量酚類后會(huì)出現(xiàn)急性中毒癥狀，長(zhǎng)期飲用被酚污染后的水，將引起頭昏，貧血等癥狀并造成神經(jīng)系統(tǒng)障礙，對(duì)人體造成嚴(yán)重危害。改革開放以來(lái)，隨著石油化工、煉油、塑料、制藥等工業(yè)的快速發(fā)展，排放的含酚廢水的種類與數(shù)量也日益增加，對(duì)人民的身體健康造成了巨大的威脅。因此，酚類廢水的處理具有重要的社會(huì)意義。
目前，酚類廢水處理技術(shù)主要有生物法、萃取法、液膜法、電催化氧化法、吸附法等。其中生物法只試用于低濃度的酚類廢水，且微生物的繁殖條件較為苛刻；萃取法處理廢水時(shí)，抗廢水濃度變化沖擊的能力較弱，萃取的過(guò)程易造成溶劑和溶質(zhì)出現(xiàn)嚴(yán)重逆向混合的現(xiàn)象，導(dǎo)致溶劑損失和次生污染的缺點(diǎn)，這也是制約萃取工藝推廣的重要因素；液膜法處理高濃度酚類廢水較為適宜，但出水很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；電催化氧化設(shè)備簡(jiǎn)單、降解效率高，可在常溫常壓下操作，但該方法同時(shí)存在電流效率較低、穩(wěn)定性較差等限制性因素；離子交換法、電透析法和基因工程等新興的處理方法又存在能耗高，設(shè)備投資費(fèi)用高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)大規(guī)模、連續(xù)化操作，技術(shù)尚不成熟等問(wèn)題。
活性炭作為一種非極性吸附劑，來(lái)源豐富。活性炭比表面積高，孔容大，孔徑分布可控，表面化學(xué)物質(zhì)可調(diào)，具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，對(duì)廢水的酚類物質(zhì)可進(jìn)行快速高效的吸附。
1 活性炭的吸附機(jī)理
活性炭能夠吸附主要兩個(gè)原因：
1.1 依靠自身獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)，活性炭是一種主要由含碳材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)碳素材料�；钚蕴康慕M成元素因原料而異，大致含碳90%~95%，含氧2%~5%，含氫1.5%以下，幾乎不含氮和硫�；钚蕴坎牧现杏写罅咳庋劭床灰姷奈⒖祝�1克活性炭材料中的微孔，將其展開后表面積高達(dá)800~1500平方米，特殊用途的更高。
1.2 分子之間相互吸附的作用力
也叫“凡德瓦引力”。雖然分子運(yùn)動(dòng)速度受溫度和材質(zhì)等原因的影響，但它在微環(huán)境下始終是不停運(yùn)動(dòng)的。由于分子之間擁有相互吸引的作用力，當(dāng)一個(gè)分子被活性炭?jī)?nèi)孔捕捉進(jìn)入到活性炭?jī)?nèi)孔隙中后，由于分子之間相互吸引的原因，會(huì)導(dǎo)致更多的分子不斷被吸引，直到添滿活性炭?jī)?nèi)孔隙為止。
2 活性炭吸附法處理酚類廢水優(yōu)點(diǎn)
活性炭作為一種優(yōu)良的吸附劑，在處理酚類廢水時(shí)表現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn)：
2.1 活性炭對(duì)水中有機(jī)物有卓越的吸附特性苯類化合物、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)用生物法和其它化學(xué)法難以去除的有機(jī)污染物，如色度、異臭、亞甲藍(lán)表面活性物質(zhì)、除草劑、殺蟲劑、農(nóng)藥、合成洗滌劑、合成染料、胺類化合物及許多人工合成的有機(jī)化合物等都有較好的去除效果。
2.2 適應(yīng)力強(qiáng)活性炭對(duì)水質(zhì)、水溫及水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。
2.3 簡(jiǎn)單易行活性炭水處理裝置占地面積小，易于自動(dòng)控制，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。
2.4 可再生飽和炭可經(jīng)再生后重復(fù)使用，不產(chǎn)生二次污染。
2.5 可回收活性炭可回收有用物質(zhì)，如處理高濃度含酚廢水，用堿再生后可回收酚鈉鹽。
3 影響活性炭吸附酚類廢水的因素
3.1 活性炭的選擇及預(yù)處理，由于酚類廢水的成分及含量不同，因此需要選擇合適比表面積、孔徑分布、孔容以及表面化學(xué)性質(zhì)的活性炭，以確保達(dá)到較好的處理效果。
唐婧等使用粉末活性炭處理苯酚廢水，在一定的實(shí)驗(yàn)條件下苯酚去除率可達(dá)98.4%；PGirodsap等使用碎木板廢棄物制作活性炭來(lái)處理含酚廢水，較大吸附容量可以達(dá)到0.5g·g-1碎木板廢料很廉價(jià)，用其處理含酚廢水具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；張小廣等研究了活性炭在酸（HNO，H2SO4，HCI）和堿（NaOH，氨水）處理后對(duì)苯酚吸附性能的影響，測(cè)定了活性炭的亞甲基藍(lán)值、碘值和表面官能團(tuán)等基本物理化學(xué)參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)：NaOH、氨水改性活性炭對(duì)苯酚的吸附值比未改性活性炭分別提高了56.70%和47.40%；朱冬梅通過(guò)對(duì)表面改性活性炭對(duì)水中三氯酚的去除及再生實(shí)驗(yàn)研究，得出鐵錳改性活性炭對(duì)低濃度2，4，6—三氯酚的動(dòng)態(tài)吸附效果很好，且在純水中的吸附比在自來(lái)水中的吸附效果要好一些；丁春生等通過(guò)氨水改性活性炭的制備及其對(duì)苯酚吸附性能的研究，得出與未改性活性炭相比，氨水改性活性炭對(duì)于苯酚的去除率有明顯的提高活性炭經(jīng)氨水改性后表面多處塌陷，原有孔隙結(jié)構(gòu)遭到破壞，暴露出更多內(nèi)部構(gòu)造，比表面積略有提高，是未改性活性炭的1.057倍，表而酸性官能團(tuán)含量降低，是未改性活性炭的0.42倍；岳欽艷等回采用活性炭纖維對(duì)模擬廢水中的苯酚、對(duì)氯苯酚、對(duì)硝基零進(jìn)行吸附，結(jié)果表明：想同條件下去除率：苯酚87%＜對(duì)氯苯酚96%＜對(duì)硝基苯酚99%，吸附等溫線能于DubininRadushkevich方程較好地?cái)M合。
3.2 廢水的pH
活性炭表面各類含氧基團(tuán)、官能團(tuán)，主要以-CHO，-OH，-COOH，-C=O四種形式存在，它們通常是活性炭吸附的活性中心。pH作為重要的介質(zhì)因素，不僅僅影響吸附點(diǎn)解離，而且影響酚類廢水的化學(xué)水解，氧化還原反應(yīng)和沉淀等。吳紅梅等通過(guò)活性炭對(duì)模擬含酚廢水的吸附實(shí)驗(yàn)研究，在活性炭投加量為1.6g溫度為25℃，分別考察pH為2、4、6、8、10時(shí)，活性炭對(duì)苯酚的去除率的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)pH,在2-6范圍內(nèi)，苯酚去除率隨pH增加而提高。這主要是由于苯酚呈弱酸性，且溶解度不大，在酸性條件下，苯酚分子在活性炭上以吸附為主。當(dāng)pH在6-12范圍內(nèi)，隨著pH的增加，苯酚在水溶液中發(fā)生電離，離解成，質(zhì)子和苯氧負(fù)離子。然而，此時(shí)活性炭對(duì)上述極性大的離子形態(tài)的有機(jī)物吸附能力較弱。所以，在pH大于6時(shí)，活性炭對(duì)笨酚的吸附能力會(huì)明顯降低，為了保證活性炭對(duì)苯酚具有較高的去除率，pH應(yīng)控制在6左右。
3.3 反應(yīng)時(shí)間
活性炭在吸附柱內(nèi)要有足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間以確保其較高的去除率，但停留時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)影響活性炭吸附處理流程的連續(xù)化操作并太幅度減少其處理容量。唐婧等按一定實(shí)驗(yàn)方法，控制時(shí)間分別是5、10、20、30、60、90min，測(cè)定苯酚濃度，結(jié)果表明苯酚的去除率和吸附量均隨時(shí)間增加而增加，特別是從0~5min，去除率和吸附量增加斜率大，大量活性炭吸附位點(diǎn)能迅速吸附苯酚，30min后斜率增加趨于平緩，說(shuō)明吸附基本達(dá)到平衡，因此實(shí)驗(yàn)吸附時(shí)間確定為30min。
3.4 活性炭的用量
活性炭用量應(yīng)根據(jù)酚類廢水的具體物質(zhì)，含量等找到較佳的用量，以保證活性炭在較佳吸附柱工況下運(yùn)行。若用量過(guò)大，造成浪費(fèi)，不經(jīng)濟(jì)合理，但用量過(guò)少，將達(dá)不到吸附效果。孫維義通過(guò)對(duì)微波-活性炭處理模擬實(shí)驗(yàn)室廢水研究，發(fā)現(xiàn)活性炭用量越大，米酚的去除率越大�；钚蕴坑昧康脑黾邮蛊鋵�(duì)苯酚的吸附量增加，同時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)活性炭表面產(chǎn)生更多的“熱點(diǎn)”，更有利于反應(yīng)的進(jìn)行。但活性炭用量為6g時(shí)，苯酚去除率己達(dá)94.17%，此后隨著用量的增加，苯酚去除率增加緩慢。因此，實(shí)驗(yàn)選擇活性炭用量為6g。
3.5 溫度
溫度也會(huì)對(duì)活性炭處理酚類廢水產(chǎn)生一定影響。吳紅梅等在活性炭投加量為1.6g，分別考察溫度10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃時(shí)，活性炭對(duì)不酚的吸附效果。當(dāng)溫度小于，30℃時(shí)，苯酚去除率隨著溫度的升高而增加，這是因?yàn)殡S著溫度的升高，苯酚電離程度變大，苯酚和水溶液形成氫鍵的能力變?nèi)酰曰钚蕴扛尤菀孜奖椒�，使苯酚的吸附效果越�?lái)越好，當(dāng)溫度大于30℃時(shí)，苯酚去除率隨著溫度的升高而下降，這是因?yàn)榛钚蕴课奖椒訉儆诜艧岱磻?yīng)，隨著溫度的升高，平衡會(huì)向活性炭脫附的方向移動(dòng)，苯酚吸附容量會(huì)降低。因此，較佳吸附溫度為30℃。
4 結(jié)語(yǔ)
活性炭吸附法在處理酚類廢水領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在我國(guó)，目前活性炭的供應(yīng)比較緊張，再生設(shè)備少，再生費(fèi)用高，限制了活性炭的廣泛使用。今后研究的重點(diǎn)應(yīng)為制備新型高強(qiáng)度活性炭，并通過(guò)物理化學(xué)生物等多學(xué)科交叉綜合的方法改善其表面性質(zhì)，從而進(jìn)一步增加活性炭的吸附容量與吸附速率，同時(shí)加強(qiáng)吸附飽和活性炭再生技術(shù)的研究，以降低成本，使活性炭處理酚類廢水技術(shù)向著更加科學(xué)美好的方向發(fā)展。