含铅废水的活性炭吸附处理

活性炭对含铅废水吸附处理

摘要：采用动、静两态法用活性炭吸附处理含铅废水，研究活性炭对水溶液中重金属离子铅的吸附行为。废水pH值为5.0~6.0，铅离子质量浓度为100mg/L，按铅与活性炭质量比为1∶400投加活性炭，吸附接触时间80min，铅离子去除率可达99%。吸附符合Freundlich 等温模式和Langmuir等温模式。穿透体积40mL，活性炭吸附铅离子饱和吸附容量为54.96mg/g。

关键词：活性炭含铅废水吸附处理

1 引言

铅是在自然界中蕴含丰富，在工业中经常使用的元素之一。所有可溶性铅盐都是含有剧毒的，溶于水体之后，含铅废水对人类和动植物都有严重危害。铅的主要污染源是蓄电池、冶炼、五金、机械、涂料和电镀工业等部门的排放废水。目前处理含铅废水的方法有电解法、化学沉淀法、离子交换法和吸附法等。吸附法由于设备简单、占地面积小、操作容易、效果稳定、处理后废水可循环使用、可再生使用等优点而被广泛应用。水处理中常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、沸石、硅藻土、腐殖质酸、焦炭、木炭等[1]。本实验用活性炭吸附处理模拟含铅废水，研究不同条件对活性炭吸附溶液中铅离子的影响。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

实验试剂：废水，用Pb(NO3)2配制模拟含铅废水，Pb2+浓度为100mg/L。实验仪器：722S型分光光度计，PHS-3C型酸度剂，KS康氏振荡器，电子天平等。

1.2 处理方法

（1）静态实验。取50mL 模拟含铅废水置于250mL锥形瓶中，调节废水pH，加入一定量活性炭，振荡使废水与活性炭充分接触，静置后过滤，采用二甲酚橙分光光度法测定滤液中的Pb2+浓度，计算Pb2+的去除率。

Pb2+的去除率（%）=［（ρ0－ρ）/ρ0］×100%

式中：ρ0—吸附前水样中Pb2+的质量浓度，mg/L；

ρ—吸附后水样中Pb2+的质量浓度，mg/L。

（2）动态实验。将50mL洁净碱式滴定管下部橡胶管去掉，烘干，然后在底部填入少量脱籽棉，压实后加入一定量活性炭，充当固定床层，在上部也填入少量脱籽棉，充当布水器。从上部加入模拟含铅废水。控制废水流量，使废水通过布水器均匀洒在床层中，进行

常压过滤吸附，每5mL收集1次，测定滤液中Pb2+的残留浓度，计算Pb2+的去除率。

2 结果与讨论：

2.1 PH值对吸附效果的影响

改变Pb2+溶液的pH值，考察pH对活性炭吸附Pb2+的影响，结果见图1。由图1可知，当溶液pH为1.0~5.0时，Pb2+去除率随pH 升高而升高。pH为5.0~6.0时，Pb2+去除率为95.4%~99.1%，Pb2+去除率较高。当pH＞6.0时，Pb2+去除率随pH升高而下降。这是因为溶液pH影响吸附剂表面电性及溶液重金属离子存在形态。活性炭表面的含氧基团一般以-OH、-COOH、=C=O等形式存在，当溶液pH较低时，这些基团可能与溶液中的H+作用而转变为-OH2+、-COOH2+、=C=OH+等正离子，使活性炭表面带上正电[2]。pH越低，这种正离子越多，越不利于活性炭静电吸附阳离子Pb2+，所以pH较低时Pb2+去除率较低。同时，根据溶度积规则，pH＞6.0后，Pb2+逐渐形成Pb(OH)2

沉淀，沉淀有可能堵塞活性炭吸附孔道，使活性炭物理吸附能力下降。因此，试验控制溶液pH为5.0~6.0。

图1 pH 对Pb2+去除率的影响

2.2 活性炭用量对吸附效果的影响

调节废水pH=5，改变活性炭用量，考察活性炭用量对吸附效果的影响，结果见图2。由图2可知，随着活性炭用量增加，Pb2+去除率上升。当活性炭用量在2.0g以上时，Pb2+去除率稳定在99%以上。理论上，活性炭用量越大，其提供的吸附点位越多，Pb2+去除率越高。在实际工作中，从经济角度分析，处理50mL质量浓度为100mg/L铅废水，活性炭最佳用量为2.0g，即废水中Pb2+与活性炭的质量比为1︰400时，吸附效果最佳。

图2 活性炭用量对Pb2+去除率的影响

2.3 吸附等温线

根据活性炭吸附前后样品浓度的变化，选用Freundlich模型和Langmuir模型来分析活性炭吸附性能。在室温条件下，固定Pb2+溶液质量浓度100mg/L，调节溶液pH为5.0~6.0，加入一系列不同质量活性炭进行吸附实验，测定在吸附平衡后相应的溶液中Pb2+的浓度，将所得数据换算为吸附量。Freundlich等温式为：

lgq=lgk+(1/n)lgc

式中：k为常数，反映吸附量大小；n为常数，描述等温线变化趋势，当1/n介于0.1~0.5时，则吸附容易进行[3]。

Langmuir吸附等温式为：

c/q=1/(qmb)+c/qm

式中：q m为常数，表示理论饱和吸附容量；b 是Langmuir常数，与吸附能量有关，是表征吸附能力的常数[4]。

2.4 吸附平衡时间的测定

取7份100mg /L含铅废水, 一定量的活性炭于锥形瓶中, 室温下振荡20、30、40、60、80、100和120min。取清液测其吸光度, 计算吸附量。结果见图3[5]。

从图3可以看出, 活性炭吸附时间对含铅废水吸附量有一定的影响, 吸附量随吸附时间增大而增大, 当吸附时间为80 min时, 其吸附量增大趋势平稳。吸附时间再延长, 吸附量增加缓慢。这种现象可能是因为吸附开始时铅离子浓度较大, 铅离子向活性炭表面、中大孔内的扩散速度越快, 因此吸附速率较大。随着吸附的进行, 溶液中铅离子浓度的降低, 扩散速度降低, 同时伴随活性炭有效吸附位的减少, 吸附速度下降, 吸附量增加缓慢。

图3 吸附时间对吸附量的影响

3 结论

（1）静态实验结果表明，对质量浓度在100mg/L以内的含铅废水，调节废水pH为5.0~6.0，按铅与活性炭质量比为1∶400投加活性炭，吸附接触时间80min，铅离子去除率约为99%，处理后的废水可达排放标准。动态实验结果表明，活性炭吸附含铅废水穿透体积为40mL，饱和吸附容量为54.96mg/g。

（2）活性炭吸附铅离子可以用F型和L型两种模型进行较好拟合，说明铅离子在活性炭上的吸附属单分子层吸附。该吸附过程属于物理吸附和化学吸附并存的物理运动过程，只要金属铅离子充分接触活性炭表面并进入空隙内部就能有效地被吸附。但当吸附达一定时间后，吸附运动基本达到一种动态平衡。

(3)静态法用活性炭吸附含铅废水吸附平衡时间100min。活性炭吸附含铅废水的吸附等温方程为: C e/q e = 0.4298+ 0.059C e, 该方程符合Langmuir型吸附模式。

参考文献

[1]黄彪,吴新华.粉煤灰活性炭吸附水中六价铬试验[J].化工环保,1997,17(6):346-349.

[2]木冠南,杨春芬.活性炭自溶液吸附锌（Ⅱ）离子及其配合物[J].物理化学学报,1995,11(2):157-161.

[3]严刚,冯双清.活化沸石对水中铅离子的吸附性能[J].无机盐工业,2008,40(6):53-58.

[4]杜清枝,杨继舜.物理化学[M].重庆:重庆大学出版社,2005.