近幾年，隨著水資源短缺問題的凸顯以及節能環保要求的日益提高，國家對紡織染整廢水的治理也提出了更高的要求。在《紡織染整工業水污染物排放標準》(GB4287－2012)中，直接排放限值也在1992版標準(GB4287－1992)上做出了修改;其中，直接排放COD限值從1992年標準中的100mg/L降低到80mg/L，色度從40倍提升到了50倍(放寬要求)。因此，紡織染整工業企業必須采用更為有效的處理工藝，或者對現有污水處理工程進行提標改造。這種現有工程的改造升級首先必須考慮備選工藝方法的實際可行性，如場地、成本、技術難度等。吸附法是十分有優勢的技術方法，其占地小、技術原理簡單、工藝操作性強，只是常用吸附材料(如AC)的成本太高，不適于大規模工業廢水處理應用。針對紡織染整廢水處理工程需要提標改造、AC吸附成本太高等問題，研究利用低成本吸附材料處理染整廢水具有十分重要的意義。
目前，水處理常用的吸附劑是AC，與之相比，ACoke的優勢在于原料來源廣、生產成本低(僅為AC的30%～50%)、綜合強度高，特點是較大的比表面積和發達的中孔結構。ACoke常應用于各種煙氣的脫硫脫硝，ACoke煙氣凈化技術已在國內外有許多成功的工程案例。在水處理領域，ACoke優異的吸附性能也逐漸引起了各國學者廣泛的關注和研究。
因此，本論文選用ACoke作為吸附材料，對染整廢水進行深度處理。在本文中，選擇了多種原材料的ACoke，研究投加量、吸附時間、pH值等因素對處理效果的影響，以COD去除率為評判指標篩選出吸附性能最為優異的ACoke，并對其吸附動力學和吸附等溫線進行了研究。
1、實驗部分
1．1 吸附材料和實驗水樣
ACoke購買于寧夏某活性炭有限公司，不同原材料ACoke共計5種，材料基本參數見表1。AC選擇水處理專用AC，其平均粒徑為3mm，碘吸附值在1000mg/g左右，與ACoke為同一廠家生產。吸附材料在使用前需用蒸餾水洗至pH值不再變化，并將其在105℃烘干至恒重，然后置于干燥器中備用。
本研究的染整廢水為江蘇省某紡織染整企業染整廢水處理工程的二沉池出水，初始CODCr范圍110～145mg/L，色度范圍120～135倍，pH值6～8，隨后的吸附實驗均為這種廢水。
1．2 實驗方法
1．2．1 ACoke篩選的實驗方法
分別量取100mL的染整廢水于250mL錐形瓶中，依次加入一定量的ACoke，置于25℃水浴恒溫振蕩器中振蕩一定時間，結束后過濾水樣，測定其CODCr(CODCr的濃度采用微波消解法測定，具體步驟參考但德忠等人所述)，計算去除率。
1．2．2 ACoke吸附動力學的實驗方法
在一系列250mL錐形瓶中，分別加入0．300g的AC和ACoke，再依次加入100mL原水水樣，置于水浴恒溫振蕩器中，水溫25℃。間隔不同時間取出一個錐形瓶，過濾水樣并測定反應后水樣的CODCr濃度。再按下式1－1計算吸附劑的吸附量，繪制吸附劑的COD吸附量和吸附時間之間的關系曲線，繼而研究兩種材料的吸附動力學。
1．2．3 ACoke吸附等溫線的實驗方法
在一系列250mL錐形瓶中，加入100mL原廢水，再分別加入不同質量的AC和ACoke，置于水浴恒溫振蕩器中，在一定水浴溫度下振蕩至反應平衡，取出錐形瓶過濾水樣，并測定反應后水樣的CODCr濃度，按照式1－1計算得到吸附劑的吸附量。然后繪制水樣平衡CODCr濃度和吸附劑吸附量之間的關系曲線，即AC和ACoke對廢水COD的吸附等溫線。改變水浴溫度重復上述步驟，進一步探討溫度對吸附等溫線的影響。
2、結果與討論
2．1 ACoke的篩選
表2是ACoke在投加量為20g/L、吸附時間60min條件下的篩選結果。
從表2可以看出:#4ACoke對廢水CODCr的去除率顯著高于其他四種ACoke。因此，后續實驗中使用#4ACoke作為實驗材料。
2．2 ACoke的動力學
圖1為ACoke和AC吸附處理染整廢水時，時間與CODCr吸附量的變化關系曲線圖，由圖1可以看出，在廢水水質、反應溫度等條件均相同的條件下，兩種材料平衡吸附量基本相等，ACoke稍大。但兩者的吸附速率表現出顯著差異，反應初期的吸附速率基本相當，但在20～80min時間內，AC對廢水COD的吸附速率比ACoke更快一些，之后趨于平緩，在135min之后，其吸附量qt變化很小，基本不再增加，所以AC吸附染整廢水COD的平衡時間確定為145min。ACoke的吸附速率變化趨勢更為緩慢，在195min后其吸附量qt基本趨于穩定，因此ACoke吸附染整廢水COD的平衡時間定為195min。
為研究兩種材料的吸附傳質過程，應用常用的動力學模型對兩種吸附劑的動力學結果進行分析，包括準一級動力學、準二級動力學和顆粒內擴散模型。
圖2(a)至圖2(c)分別為兩種吸附劑吸附染整廢水COD的準一級模型(ln(qe－qt)—t)、準二級模型(t/qt—t)和顆粒內擴散模型的線性擬合圖(qt—t0．5)。表3是ACoke和AC吸附染整廢水COD的動力學模型線性擬合參數。
從表3中的相關性系數R2可看出，對于AC吸附染整廢水COD的動力學過程，三種模型都有較高的擬合程度，準一級模型的R2＞0．99，最能反映AC吸附的動力過程，這說明顆粒內傳質阻力是其吸附速率重要限制因素，且其理論平衡吸附量qe很接近實驗值，僅偏小一些。而對于ACoke的動力學過程，準一級模型的相關性更好，但理論平衡吸附量qe遠小于實驗測試值，因此其不能準確的反映ACoke對廢水COD的吸附過程。高國龍等采用自制AC吸附染料的動力學實驗中也得到了類似的結果。
對于顆粒內擴散模型，ACoke和AC的相關系數均較高，顆粒內擴散過程是兩者吸附速率的控制步驟。另外，兩者擬合出的顆粒內擴散模型參數C均不為0，說明顆粒內擴散過程并不是唯一控制步驟。
2．3 ACoke的吸附等溫線
圖3和4是不同溫度下ACoke和AC對染整廢水COD的吸附等溫線。
從圖3和4可以得到，兩種材料對染整廢水COD的平衡吸附量均隨溫度的升高而增大。但是溫度從303K升高到313K，AC的平衡吸附量變化很小，而ACoke的吸附量變化明顯，表明溫度的提高更有利于提高ACoke的吸附性能。
采用最常用的Langmuir與Freundlich模型對兩種材料在不同溫度下吸附染整廢水COD的等溫吸附進行擬合，結果見圖5和6，對應的線性擬合方程參數見表4。
Langmuir模型是單分子層吸附，其線性方程表達式為:
Freundlich模型是多分子層吸附，其線性方程表達式為:
從表4中可發現，兩種材料對染整廢水COD吸附的Langmuir模型和Freundlich模型擬合的相關性系數都較為接近，這說明ACoke和AC對廢水COD的吸附作用均比較復雜，物理吸附和化學吸附都存在。其中，ACoke對廢水COD吸附的Freundlich模型相關性更好一些，表明其以多分子層吸附為主;AC對廢水COD吸附的Langmuir模型相關性更好，表明其以單分子層吸附為主。
兩種材料對染整廢水COD吸附的Freundlich方程中，參數n值均大于1，這說明兩者吸附廢水的COD均較為容易。
3、結論
(1)#4ACoke對染整廢水CODCr的吸附性能優勢顯著，當廢水pH為6、投加量為2g/L(其他類型的10%)、振蕩120min時，CODCr的去除率為其他類ACoke的1．5～2．6倍。當投加量為40g/L時，出水COD已達到71，符合直排標準。
(2)ACoke與AC兩種材料對染整廢水COD吸附性能基本一致。吸附速率方面，在吸附反應前80min內AC對廢水COD的吸附速率比ACoke更快一些，之后吸附逐漸趨于平衡狀態，AC的吸附速率迅速下降，約在145min時AC對染整廢水COD的吸附過程達到平衡。ACoke的吸附速率隨時間的增長而緩慢下降，在195min左右時，吸附達到平衡。另外，動力學模型擬合結果表明，相比于ACoke，AC的吸附速率主要受顆粒內傳質阻力影響。
(3)ACoke吸附過程的Freundlich模型相關系數更高，表明其以多分子層吸附為主;AC對廢水COD吸附的Langmuir模型相關性更好，表明其以單分子層吸附為主。（來源：東華大學環境科技與工程學院，東華大學國家環境保護紡織污染防治工程技術中心，同濟大學環境科學與工程學院，污染控制與資源化研究國家重點實驗室，上海污染控制與生態安全研究院）
