（环境工程专业论文）蔗渣吸附剂处理含铬废水和印染废水的实验研究.pdf

桂林理工大学硕士学位论文 摘要 蔗渣是制糖工业的重要副产品，为拓展蔗渣的利用价值，本研究分别在五种不同的 工艺条件下( 未改性、磷酸改性、炭化、炭化磷酸改性和磷酸改性炭化等) 利用蔗渣制 备吸附剂，并研究了蔗渣吸附剂对废水中染料藏红t 、亚甲基蓝及重金属六价铬的去除 性能。具体研究结果如下： ( 1 ) 在制备蔗渣吸附剂的实验中，通过单因素与正交实验，综合考虑产品的得率和 c r ( v i ) 吸附值，制各炭化磷酸改性蔗渣吸附剂的最佳条件为：料液比1 ：3 0 ，磷酸浓度 0 2 m o l l ，活化时间7 0 r a i n ，活化温度5 0 0 。制备磷酸改性炭化蔗渣吸附剂的最佳条 件为：磷酸浓度3 m o l l 、料液比1 ：3 0 、活化温度4 5 0 、活化时间6 0 m i n ；表征数据 为：得率7 9 8 7 、碘吸附值6 4 8 1 8 m g g 、最佳b e t 比表面积7 3 1 0 0 m 2 儋、b j h 脱附孔 体积0 6 8 c m 3 g 。 ( 2 ) 在c r t w i ) 初始浓度分别为1 0 、3 0 、5 0 m g l 动力学实验条件下，未改性蔗渣吸附 c r ( v i ) 的平衡时间分别为4 、6 和8 h ，磷酸改性蔗渣则为3 0 、6 0 和1 2 0 m i n ，未改性蔗渣 吸附c r ( v i ) 平衡后的最大吸附量分别为1 0 0 、3 1 4 和5 2 1 m g g ，磷酸改性蔗渣则为0 9 9 、 2 9 6 和4 9 9 m g g ，说明磷酸改性大大缩短了平衡时间，但对吸附效果没有明显改善。 ( 3 ) 在c 1 1 f ) 初始浓度分别为5 0 、7 5 、1 0 0 m g l 动力学实验条件下，炭化蔗渣吸附 c r ( v i ) 的平衡时间分别为6 0 、9 0 和1 2 0 r a i n ，炭化磷酸改性蔗渣则为9 0 、1 2 0 和1 8 0 r n i n ， 说明炭化对吸附剂的性能提高较大，吸附量可达9 9 6 m g g ，但炭化磷酸改性的效果不 明显。此时，处理后出水都能够达到我国污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的c r ( v i ) 最高允许排放标准( o 5 m g l ) 。 ( 4 ) 在c r ( v i ) 初始浓度分别为3 0 0 、4 0 0 、5 0 0 m g l 动力学实验条件下，磷酸改性炭 化蔗渣吸附平衡的时间分别为6 0 、9 0 和1 8 0 m i n ，平衡后的最大吸附量分别为2 9 9 4 、 4 0 0 0 和5 0 0 0 m g g ，且计算出的知均超过1 5 0 m g g ，说明磷酸改性- 炭化蔗渣吸附性能 较其它四种好。 ( 5 ) 在动力学实验中，准二级动力学模型能够很好地描述五种蔗渣对c r ( v i ) 吸附的动 力学特征。在吸附等温实验中，用f r e t m d l i c h 等温方程进行拟合的俨值都比l a n g m u i r 等温方程低，这说明五种蔗渣对c r ( v i ) 的吸附都能很好地遵循l a n g m u i r 等温线方程。 ( 6 ) 在温度分别为2 5 、3 5 、4 5 的吸附等温实验中，未改性蔗渣吸附剂对藏红t 最 大吸附量缅分别为3 7 8 2 、4 1 0 5 和4 8 0 5m g g ，亚甲基蓝则为2 6 2 9 、2 4 2 0 和2 3 9 2 m g g ， 说明未改性蔗渣吸附剂对印染废水具有良好的处理效果。 关键词：蔗渣吸附剂，磷酸改性，c r ( v i ) ，藏红t ，亚甲基蓝 棒林辟工大学硕士学位论文 a b s t r a c t b a g a s s ei st h em a i nb y p r o d u c to fs u g a ri n d u s t r y i no r d e rt od e v e l o pi t su s ev a l u e ，t h e b a g a s s ea d s o r b e n ti sp r e p a r e dw i t hb a g a s s ei nf i v et e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s ( u n m o d i f i e d ， p h o s p h o r i ca c i dm o d i f i e d ，c a r b o n i z e d ，c a r b o n i z e d - p h o s p h o r i ca c i dm o d i f i e d ，p h o s p h o r i ca c i d m o d i f i e d c a r b o n i z e d ) t h eb a g a s s ea d s o r b e n t s a r ct h e nu s e dt or e m o v es a f f a n i n eta n d m e t h y l e n eb l u e , a n dh e a v ym e t a lc r c y oi n w a s t e w a t e ri nt h i ss t u d y t h er e s u l t sa r ea s f o l l o w s ( 1 ) i nt h ep r e p a r a t i o ne x p e r i m e n to fb a g a s s ea d s o r b e n t , t h r o u g ht h es i n g l ef a c t o ra n d o r t h o g o n a le x p e r i m e n t , a n db yc o m p r e h e n s i v e c o n s i d e r a t i o no ft h ey i e l do fp r o d u c ta n dc r ( v i ) a d s o r p t i o nv a l u e ，t h eo p t i m u mc o n d i t i o nf o rc a r b o n i z e d - p h o s p h o r i ca c i dm o d i f i e db a g a s s e a d s o r b e n tp r e p a r a t i o ni sd e f i n e da s ：m a s sr a t i oo fs o l i dt ol i q u i di sl ：3 0 ，p h o s p h o r i ca c i d c o n c e n t r a t i o ni s0 2 m o l l ，a c t i v a t i o nt i m ei s7 0 m i n ，a c t i v a t i o nt e m p e r a t u r ei s5 0 0 t h e o p t i m u m c o n d i t i o nf o r t h e p h o s p h o r i c a c i dm o d i f i e d - c a r b o n i z e d b a g a s s e a d s o r b e n t p r e p a r a t i o ni sd e f i n e da s ：p h o s p h o r i ca c i dc o n c e n t r a t i o ni s3 m o l l ，m a s sr a t i oo fs o l i dt o l i q u i d i s l ：3 0 ，a c t i v a t i o nt e m p e r a t u r ei s4 5 0 ，a c t i v a t i o nt i m ei s6 0 m i n ；a n di t sy i e l do f p r o d u c ti s7 9 8 7 ，i o d i n ev a l u ei s6 4 8 18 m g g ，o p t i m u ms p e c i f i cs u r f a c ea r e ai s7 31 0 0 m 2 儋， t h ed e s o r p t i o np o r ev o l u m eb j hi s0 6 8 c m 3 g ( 2 ) i nt h ec o n d i t i o no fd y n a m i c se x p e r i m e n t a l ，a tt h ei n i t i a lc r ( v i ) c o n c e n t r a t i o n so f10 ， 3 0a n d5 0 m g l ，t h et i m eo fa d s o r p t i o ne q u i l i b r i u ma r e4 h ，6 ha n d8 hr e s p e c t i v e l yf o r u n m o d i f i e db a g a s s ea d s o r b e n t , b u t3 0 m i n ，6 0 m i n ，a n d12 0 m i nr e s p e c t i v e l yf o rp h o s p h o r i c a c i dm o di f i e db a g a s s ea d s o r b e n t t h ec a l c u l a t e de q u i l i b r i u ma d s o r p t i o nq u a n t i t yi s1 o o m g g ， 3 14 m g ga n d5 2lm g gr e s p e c t i v e l yf o ru n m o d i f i e db a g a s s e ，b u t0 9 9 m g g ，2 9 6 m g ga n d p 4 9 9 m g gr e s p e c t i v e l y f o rp h o s p h o r i ca c i dm o d i f i e db a g a s s ea d s o r b e n t t h i ss h o w st h a t p h o s p h o r i ca c i dm o d i f i e dg r e a t l ys h o r t e n e dt h et i m e ，h o w e v e r ，n os i g n i f i c a n ti m p r o v e m e n ti n t h ea d s o r p t i o ne f f e c t ( 3 ) i nt h ec o n d i t i o no fd y n a m i c se x p e r i m e n t a l ，a tt h ei n i t i a lc r ( v i ) c o n c e n t r a t i o n so f 5 0 m g l ，7 5 m g la n d1o o m g l ，t h et i m eo fa d s o r p t i o ne q u i l i b r i u ma r e6 0 m i n ，9 0 m i na n d 12 0 m i nr e s p e c t i v e l yf o rc a r b o n i z e db a g a s s ea d s o r b e n t , b u t9 0 r a i n ，l2 0 m i na n dl8 0 m i n r e s p e c t i v e l yf o rc a r b o n i z e d p h o s p h o r i ca c i dm o d i f i e db a g a s s ea d s o r b e n t t h i ss h o w st h a tt h e c a r b o ni z e do na d s o r p t i o np e r f o r m a n c ei sg r e a t l yi m p r o v e d , t h ea d s o r p t i o na m o u n tc a nr e a c h 9 9 6 m g g ，b u tt h ec a r b o n i z e d p h o s p h o r i ca c i dm o d i f i e di sn o to b v i o u s m e a n w h i l e ，t h et r e a t e d w a s t e w a t e rc o n f o r mt ot h ee m i s s i o ns t a n d a r do f ”i n t e g r a t e dw a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d ” ( g b 8 9 7 8 - i9 9 6 ) f o rt h em a x i m u ma l l o w a b l ev a l u eo fc r ( v i ) u 梓林理上大学硕士了：f 沦殳 - 一一 ( 4 ) i nt h ec o n d i t i o no fd y n a m i c se x p e r i m e n t a l ，a t t h ei n i t i a lc r ( v i ) c o n c e n t r a t i o n so f 3 0 0 m g l ，4 0 0 m g la n d5 0 0 m g l ，t h et i m eo fa d s o r p t i o ne q u i l i b r i u ma r e6 0 m i n ，9 0 m i na n d 18 0 l “nr e s p e c t i v e l y f o r p h o s p h o r i c a c i dm o d i t i c d c a r b o n i z e db a g a s s ea d s o r b e n t lh e c a l c u l a t e de q u i l i b r i u ma d s o r p t i o nq u a n t i t y i s 2 9 9 4 m g g ，4 0 0 0 m g a n d 5 0 0 0 m g g r e s p e c t i v e l y a n dt h ec a l c u l a t e d 侠a r ea l le x c e e d 15 0 m j g ，t h i ss h o w st h a tt h ea d s o r p t i v i t yo f p h o s p h o r i ca c i dm o d i f i e d c a r b o n i z e db a g a s s ea d s o r b e n t i sb e t t e rt h a nt h eo t h e rf o u ro n e s f 5 ) i nt h ea y n a m i c se x p e r i m e n t ，t h ep s e u d o s e c o n d o r d e rk i n e t i cm o d e l c a bb eg e n e r a t e d t h eb e s tf i tt od e s c r i b et h ed y n a m i c sc h a r a c t e r i s t i co ft h ea d s o r p t i o n o fc r ( v i ) o nb a g a s s e a d s o r b e n t i nt h ea d s o r p t i o ni s o t h e r me x p e r i m e n t ，t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t s 芹f i t t i n gw i t h f r e u n d l i c hi s o t h e r m a la d s o r p t i o ne q u a t i o ni sl o w e rt h a nt h a tf i t t i n gw i t hl a n g m u i r i s o t h e r m a l a d s o r p t i o ne q u a t i o n t h i ss h o w st h a t t h ea d s o r p t i o no fc r ( v 1 ) o nf i v ed i f f e r e n tb a g a s s e a d s o r b e n t sa r ef o l l o wt ot h el a n g m u i ri s o t h e r m a la d s o r p t i o ne q u a t i o nw e l 1 r 6 ) i nt 1 1 ea d s o r p t i o ni s o t h e r me x p e r i m e n t ，w h e nt h et e m p e r a t u r ei s 2 5 c ，3 5 。ca n d4 5 ( 2 ， t h em a x i m u ma d s o r p t i o nq u a n t i t yo ft h eu n m o d i f i e db a g a s s ea d s o r b e n to ns a f r a n i n eti s 3 7 8 2 m g g ，4 1 0 5 m g ga n d4 8 0 5m g gr e s p e c t i v e l y ，t h em a x i m u ma d s o r p t i o nq u a n t i t y o t m e t h y l e n eb l u ei s2 6 2 9 m g g ，2 4 2 0 m g g a n d2 3 9 2 m g gr e s p e c t i v e l y t h i ss h o w st h a tt h e u n m o d i f i e db a g a s s ea d s o r b e n tt op r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r h a sg o o dp r o c e s s i n ge f f e c t k e y w o r d s ：b a g a s s ea d s o r b e n t ，p h o s p h o r i ca c i dm o d if i e d ，c r ( v d ，s a f r a n i n et ， m e t h y ! e n eb l u e i i i 挣林理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 食糖是一种重要甜味品，在我国已有悠久的生产历史。目前，我国是世界上用甘蔗 制备食糖的主要国家之一，同时，食糖的生产量和消费量都十分巨大。我国蔗糖主产区 主要集中在南方的广东湛江、云南、广西等地，自1 9 9 2 年以来，广西区的食糖产量一 直保持全国第一，是我国最大的产糖基地。据报道，2 叭o 年，广西蔗农种植甘蔗的面积 高达1 5 6 7 万亩，食糖总产量占有绝对地位，比以往都有大幅度的提高【1 】。在2 0 0 9 - 2 0 1 0 产糖期，广西区内产糖总景占全国产糖景的6 6 ，全国糖料和食糖生产取得空前丰收【2 l 。 由此可见，广西在我国糖料种植中的重要地位。 甘蔗是我国制糖的主要原料，蔗渣就是甘蔗在加工过程中的主要副产物，是一种木 质纤维素含景很高的固体废渣。每年，每家制糖企业都能产生着大量的蔗渣，每生产出 l t 的蔗糖，就会产生大约2 t 的蔗渣【3 】。广西区内的食糖种植而积和产量均占全国总量的 一半以上，蔗渣的产生量非常可观。2 0 1 0 年，广西甘蔗总产景达7 l1 9 6 万吨，广西区 蔗糖的产量为7 1 0 万吨，按此计算，全区制糖及其深加工过程中产生约1 4 2 0 万吨蔗渣， 同时将产生大量的糖蜜废液和糖蜜酒精废液【4 】。这些在制糖过程中产生的高浓度有机废 水和固体废弃物，只有少量的蔗渣被糖厂资源化利用，绝大部分被当作废弃物处理，这 样不仪带来了环境的污染，而且造成了资源的浪费。如果处理不当将会对环境造成巨大 的威胁。所以，寻找合适的途径综合利用蔗渣已成为制糖工业的一项重大举措。 目前，利用蔗渣的方式还较为传统，如直接当作燃料等，尤其是在农村地区。随着 经济的不断发展，蔗渣的利用方式日益多样。些能导致污染环境的传统蔗渣利用方式 正在逐年减少。另外，随着研究的不断深入，蔗渣还被用于生产不同密度的纤维板、碎 粒板、制备膳食纤维、木糖醇、离子交换吸附剂、活性炭以及生物利用等各个方面。 为了提高广西区内蔗渣的综合利用率，实现资源的可持续发展，根据蔗渣的处理和 资源化是实现广西糖业可持续发展的重要方面的特点，本实验以广西蔗渣为研究对象， 通过一系列物理和磷酸改性的方法制备蔗渣吸附剂，并将其应用于印染废水、含铬重金 属废水等工业废水的进一步处理中，达到以废治废的目的。 1 2 蔗渣的综合利用概述 1 2 1 蔗渣的特性 蔗渣是一种在甘蔗加工过程中产生的木质纤维素含量很高的固体废渣，是一种纤 梓林理工大学硕士学位论文 维性残渣，属于农林废弃物中的一种，更是一种宝贵的生态资源。蔗渣一般含9 0 9 2 的干物质，4 4 4 6 的粗纤维，4 2 的无氮流 h 物，2 。o 的粗蛋白质，2 - 3 的粗灰分 和0 7 的粗脂肪。对蔗渣的分析结果为：主要含有1 n a o h 的抽出物、多缩戊糖和全 纤维素等十种物质 5 , 6 1 。由于蔗渣丰富的特性，其综合利用方面具有很大的潜力。 1 2 2 蔗渣综合利用概述 甘蔗是我国制糖的主要原料。每年，每家制糖企业都能产生着大量的蔗渣，但是随 之也带来了诸多的环境污染问题。目前，我国己将可再生资源开发新能源列入国家重点 科技攻关计划。蔗渣的综合利用是一直当前循环经济研究的热点。蔗渣因其丰富的特性， 被认为是一种有效的农林废弃物资源【7 】。目前，蔗渣综合利用途径有： ( 1 ) 蔗渣的直接利用 蔗渣纤维素含量巨大，主要化学成分与木材相近，故蔗渣在直接利用方而有很大的 优势。蔗渣虽然可以直接用作燃料，但是利用不当会产生严重的环境问题。随着科技的 不断发展，造纸原料来源日益丰富，蔗渣在纸浆工业中的应用也越来越广泛。 蔗渣还可用来生产性能良好的木质板。目前，蔗渣木质板是非纤维板生产中的最佳 产品，其性能一般要比用其它农林废弃物制备成的木质纤维板好。除了生产性能良好的 木质板外，蔗渣还能作为碎粒板的原料。充分利用蔗渣的木材特性，可以拓宽蔗渣的综 合利用途径，从而进一步保护森林，保持生态平衡。 ( 2 ) 蔗渣生产木糖醇 木糖醇是生产增塑剂、油漆、涂料、化纤等的原料，有甜味，味道几乎等同于蔗糖， 有降血糖之功效，可作为糖尿病人和儿童防龋食品。 木糖醇是木糖降解过程中的产物，是一种白色有机物，在农林废弃物中存在十分广 泛。木糖醇作为性能良好的醇类，其优越的特性被广泛应用于医药化工行业。我国利用 蔗渣开发木糖醇起步较早。早在1 9 6 9 年，我国就开始了用蔗渣来生产木糖醇的历史。 2 0 0 7 年，云南省轻工业科学研究所为云南永德糖业集团设计了能生产2 0 0 0 吨木糖的工 艺，2 0 0 8 年底投产实验，结果运行良好【8 】o ( 3 ) 蔗渣制备膳食纤维 膳食纤维是一种具有降低胆固醇利于健康的有机物，依据其溶解性有可溶性膳食纤 维和不可溶性膳食纤维之分【9 】。膳食纤维对人体有重要的生理功能，可以助消化等。每 年，我国的南方地区都会有巨大的甘蔗产量，由于其来源十分丰富，因此蔗渣在制备膳 食纤维方面具有广泛的应用基础。蔗渣制备膳食纤维工艺流程复杂。利用h 2 0 2 等对蔗 渣进行漂白处理，可以生产出性能良好的膳食纤维【1 0 】。此外，蔗渣纤维还可以制备成天 然膳食纤维添加剂，泰国正在研究用蔗渣生产膳食纤维的新技术，为食品行业提供优质 价廉的辅料1 。 梓林理工大学硕士学位论文 ( 4 ) 蔗渣的生物利用 蔗渣生物利用是指各种微生物对蔗渣进行液态或【酎态发酵后得到的一些有价值的 产品。生物降解蔗渣的工艺有两种，即液态降解和固态降解。 在蔗渣生物利用方面，我国开展较晚。1 9 8 5 年，广州甘蔗糖业研究所与深圳光明农 场合作，采用蔗渣等作为生物利用的原料，成功地研究出了一种高效饲料。李永丽等【1 2 】 采用蔗渣作为原料，以生物降解蔗渣混合物的方式来制备沼气，实验结果表明，蔗渣的 t s 产气潜力为2 0 1 m l g t s ，v s 产气潜力为2 1 2 m l g v s ，新鲜原料产气潜力为1 5 0 m l g ， 以生物降解蔗渣混合物的方式来制备沼气的方式是一种提高蔗渣综合利用率的方法。 ( 5 ) 蔗渣生产离子交换吸附剂 离子交换纤维作为一种新型功能性材料，具有交换速度快、交换容量大、选择性强 等优点，在环境监测与保护和资源开发等领域中具有广泛的应用。化工行业排放的重金 属废水的治理一直是污水处理的难题，传统脱除离子的方法主要有离子交换、电离和膜 过滤等，但吸附材料较高的成本限制了这些方法的推广1 1 3 j 4 。因此，低成本的吸附剂一 直是人们关注的对象。蔗渣因含有丰富的纤维素，一直是一种理想的制备离子交换剂材 料。 埃及学者m e t w a l l y 1 5 】以蔗渣为原料，采用多聚甲醛作为结合剂，根据其特性制备出 了蔗渣基交换吸附剂。王踽等【1 6 j 采用蔗渣和其它改性剂为原料，在碱化9 0 r a i n ，中和5 0 、 交换时间3 h 和交换温度为7 0 的条件下，制备出了最佳的重金属交换剂。研究结果表 明：此交换剂能吸附5 8 5 3 m g g 铜离子，比制备前的材料要强1l 倍。庞浩等【1 7 】以丙烯 腈等作为蔗渣的活化剂，研究蔗渣交换剂对金属离子的吸附性能，研究结果表明：当含 有1 0 0 9 l 羟胺时，在交换时间为1 8 0 m i n 和交换温度为9 0 的条件下，蔗渣交换剂能吸 附5 4 0 m g g 铜离子。 ( 6 ) 蔗渣制备活性炭 蔗渣是一种农林废弃物，更是一种有机材料，而有机材料通过加热处理分解后能得 到炭。制备活性炭材料的原料多种多样，可用农林废弃物的杆茎来制备，随着对活性炭 材料研究的不断深入，应用的原料来源也越来越广，凡是有机材料都可应用，蔗渣也在 其中。 活性炭主要含碳成分，拥有良好的吸附性。通过一系列途径可以提高炭的比表面积， 使其具有某种特殊的吸附功能。近年来，国内外已有学者将某些活性炭应用于重金属废 水的吸附处理中的报道1 1 s - 2 2 ，虽然效果良好，但蔗渣吸附剂的制备和应用还处于研究阶 段，其制备方法也大多借鉴农林废弃物制备活性炭工艺。 张志航等【2 3 】以蔗渣为原料，采用z n c l 2 为活化剂制备活性炭，研究了吸附剂质量、 反应时间和反应温度对产品吸附性能的影响，研究结果表明：在反应条件为2 0 ：l 的料 液比下，温度从3 0 0 到5 8 0 连续升温活化能制备出最佳的蔗渣吸附剂。廖钦洪等【2 4 】 以蔗渣为原料，利用碱法研究制备出了性能良好的蔗渣改性剂，研究结果表明：在改性 3 梓林理工大学硕士学位论文 温度为6 5 0 * ( 2 、改性时问为0 4 2 h 、浸渍比为1 1 8 ：l 和活化剂配比( k o h ：n a o h ) 7 4 ： 1 的最佳工艺条件下，制得的蔗渣吸附剂能吸附1 2 7 9 m l 亚甲基蓝，是我国木质活性 炭检测标准( g b t 1 2 4 9 6 8 - 1 9 9 9 ) 2 5 】中规定的活性炭一级品的1 4 倍。 1 3 生物质活性炭概述 1 3 1 生物质活性炭吸附剂的特性 生物质活性炭是一种利用农林废弃物和优质煤等作为原料，经过一系列工序处理后 制得的常用污水处理剂【2 6 】。它不仅具有某些特殊的吸附功能，还具有选择吸附两相中的 各种物质功能【2 ”0 1 。 生物质活性炭的种类丰富，分类方法多样。按制造方法可分为化学活性炭和物理活 性炭。生物质活性炭具有发达的孔隙结构，一般具有大的比表面积。在制各生物质活性 炭的活化反应中，物质之问能形成的各种形式的键，从而生成各种功能团，因此，生物 质活性炭的吸附性能都不一样【3 1 3 2 l 。 1 3 2 制备生物质活性炭的原料和方法 1 3 2 1 制备生物质活性炭的原料 可用于制备活性炭的原料来源丰富，分类方法也多种多样。目前普遍认为农林废弃 物作为制备活性炭的原料有强大的优势。近年来，国内外以各种廉价的农林废弃物为原 料，进行了制备生物质活性炭的研究。农林废弃物具有造价低廉、材料易得充足、含碳 率高等优点。有效地利用农林废弃物制备活性炭，不仅可以节约材料，而且有利于资源 的可持续利用。农林废弃物原料包括：核桃类、竹类、秆类和木质素类等 3 3 j 。 1 3 2 2 制备生物质活性炭的方法 ( 1 ) 物理活化法 物理活化法指先将原料炭化，原料碳原子被氧化从而形成空隙结构，再把炭化的原 料用活化剂在高温( 6 0 0 一1 2 0 0 ( 2 ) 下进行活化。活活化剂一般为二氧化碳、水蒸气、空气 或者它们的混合气体。物理活化法虽然操作简便，流程简单，但活化过程能耗大且获取 率较低，因此，加快活化速度和减少活化时间是当前物理活化法进展的主要研究方向。 当前，水蒸汽是一常用的物理改性剂。张会平等【3 4 】以椰壳为原料，采用水蒸气活化 法，研究了改性时问和改性温度对活性炭吸附效果的影响。研究结果表明：在改性温度 为8 5 0 ，时间为1 2 0 m i n 的条件下，利用水蒸气活化法能制备出最佳的椰壳活性炭。刘 桂林理工大学硕士学位论文 青松【3 5 】以竹材为原料，以磷酸作为活化剂，在微波功率为3 5 0 w 、反应时间为2 0 r a i n 、磷 酸与竹料质量比为l ：l 和磷酸浸渍时间为2 4 h 的条件下，用微波辐射法制备出最佳的竹 基活性炭，实现了活性炭的清洁、低成本生产。 ( 2 ) 化学活化法 化学活化法指将原料用化学药剂作为活化剂，在适当的条件下进行先炭化后活化的 过程。化学活化法具有耗能低，制备出的化学炭吸附性好的优点，但对环境污染严重1 3 6 1 。 常用的活化剂有碱类金属化合物以及一些酸。当前，减少污染、简化操作和提高产品的 纯度与品质是化学活化法的主要研究方向 3 7 , 3 8 1 。 目前，在两种制备活性炭的方法中，应用最广泛的是化学活化法。高磊等【3 9 】以煤焦 油渣作为原料，以磷酸为活化剂，在4 0 0 1 0 0 0 的条件下制备改性煤焦活性炭。研究结 果表明：改性温度和改性时间是主要影响活性炭产品的因素。刘晓琳等【删以酚醛树脂为 原料、用二茂铁作为添加剂，对二茂铁添加量、活化时问等主要工艺参数进行了研究和 初步优化，制备了出了最佳的含磁活性炭。研究结果表明：磁性活性炭的亚甲蓝吸附值 是1 3 7 6 m g g ，碘吸附值是1 0 2 2 0 3 m g g ，添加二茂铁提高了活性炭的吸附性能。 1 3 3 生物质活性炭在环境保护中的应用 1 3 3 1 生物质活性炭在水处理中的应用 生物质活性炭对有机物有着良好的去除性能。由于优越的吸附性能，生物质活性炭 在水处理方面有着广泛的应用。 生物质活性炭的可以吸附各种各样的有机物。王代芝等【4 2 】以活性炭作为吸附材料， 研究了其对废水中铅的吸附作用和机理。研究结果表明：在投加量为0 0 2 9 m l ，室温下 搅拌3 0 r a i n 和p h 为6 7 的条件下，出水废水中铅离子的去除率最高可达9 9 3 ，剩余 浓度为0 0 8 m g l ，低于我国铅锌工业污染物排放标准( g b 2 5 4 6 6 2 0 l o ) q 丁铅离子排放 标准要求的一级标准。 生物质活性炭还可以优先吸附极性小的有机污染物，脂肪酸溶解度越小则愈易吸 附。刘娅等【4 3 】以薄皮核桃壳活性炭为吸附剂，采用c o d 为考核指标，通过对啤酒废水 进行处理的研究，得出去除c o d 的最佳条件：浸渍比为l ：2 0 ，反应时间为2 0 m i n ，可 以去除7 7 5 c o d 。 生物质活性炭还可以处理多种重金属【4 q 。徐竟成等【4 5 】根据钢铁废水的水质性质，研 究了利用生物吸附法对污染物的去除性能。研究结果表明：在1 6 m h 滤速和4 5 r a i n 反 应时间的条件下，其都能高效吸附废水中的铁和锰金属。王秀丽等【4 6 1 通过对活性炭纤维 吸附六价铬的性能研究，得出了六价铬的最佳条件：吸附平衡时间为6 0 r a i n ，p h 为2 _ 4 ， c r ( v i ) 浓度为2 5 m g l ，料液比为1 2 4 。 桂林理工大学硕士学位论文 1 3 3 2 生物质活性炭在废气处理中的应用 活性炭吸附广泛应用于治理废气等领域。当前，生物质活性炭的应用仍处于研究阶 段。活性炭用来吸附处理空气中的污染物时，流体中的某些组分会浓集在固体表面上， 从而达到去除有机物的目的 4 7 - 4 9 1 。 傅成诚等【5 0 】以柠檬酸溶液作为浸渍液，采用两种特定的方法分别测定官能团数量和 去除氨气性能的变化情况。研究结果表明：活性炭吸附剂对氨气的去除率较高。向守信 等【5 l l 以棕桐壳为原料，以磷酸为活化剂，制备出了性能良好的活性炭。研究结果表明： 改性吸附剂对对氨也有一定的吸附率。 1 4 含铬废水处理情况概述 1 4 1 含铬废水的污染状况 重金属是一种严重污染环境的污染物，其危害程度取决于它们的形态和浓度。铬作 为一种有毒的重金属，是环境污染的重要因素之一，在制革、印染和化工等行业，含铬 废水的排放量不断增加。随着工业的发展，处理技术的提高，人类日益重视其生存环境。 目前，处理含铬废水的方法多种多样，其应用最多的还是化学法和物理吸附法【5 2 1 。 虽然含铬废水技术比以往都有了较大提高，但是污染环境问题还是很严重，而且严重地 威胁人类的健康，因此，了解一般铬的危害知识很有必要。 1 4 2 铬的污染源及其危害性 1 4 2 1 铬的污染来源 铬的污染源是主要是化r t 和采矿等行业。例如，在铬酸电镀废水中，含有大量的铬， 此外，还有来自铬盐和铬生产污染。在纺织业的废水中，总铬量一般为6 0 0 m g l 左右， 其中c r ( v 1 ) 的含量最大。此外，相关的行业也会排放一些含铬废水，从而产生环境污染 问题【5 3 】。 1 4 2 2 铬的危害 铬是一种银白色质脆而硬的金属，耐腐蚀、比重大、沸点和熔点都很高。它在常温 下是稳定的，在空气中不易被氧化 5 4 l 。 铬的化合物多是三价与六价的，且能相互转变。铬盐是一种重要的化工产品。每生 产1 吨铬盐就会排出2 5 吨到3 吨的铬渣，里面含有一定量的c r ( v i ) 。c r ( v i ) 有毒，会 引起铬疮和肺癌等多种疾病，是一种危险工业固体废物。每年，全国都会排放大晕的铬 6 桂林理工大学硕士学位论文 渣废水，铬渣堆中有毒铬随雨水不断进入生态系统，已导致了一系列，哐重的生态问题， 严重制约了铬盐工业的发展f 5 5 ，5 6 】。铬渣危害主要表现为对地面水、鱼类及水生物、植物 和人体的危害。 1 4 3 含铬废水的主要处理方法 由于含铬废水成分复杂，对其处理方法已经历了长时问的研究，对铬的处理方法上 也有了长远的进步。目前，国内外对于含铬废水的处理方法多样，多元化处理方法已成 为含铬废水处理的主要方式，这些处理方法各有自己的特点。 物理法处理含铬废水多种多样，目前应用最广泛的是吸附法。化学法也多种多样， 例如药剂还原沉淀法等，其主要的优点是工艺简单，制备的原料丰富，但是也同时存在 试剂需求量大，能耗高，处理成本高的问题f 5 7 】。 在众多的处理方法中，目前研究最广的是吸附法。吕晓军等【5 8 】以电厂粉煤灰为原料， 制备出超细粉煤灰，研究了粉煤灰对c r ( v ! ) 的吸附性能。研究结果表明：9 0 m i n 反应时 间、2 3 的p h 值、1 0 9 的投加量为和2 5 的最佳吸附条件下，西郊电厂粉煤灰对c r ( v 0 的去除率为2 9 5 ，灞桥电厂则为2 5 5 。张战营等【别以煤矸石为原料，采用z n c l 2 作 为活化剂，制备出煤矸石吸附剂，研究了该吸附剂对c r ( v d 的吸附性能。研究结果表明： 在c r ( v d 浓度为5 0 m g l 、投加量为5 9 l 、吸附时间为6 0 r a i n 和p h 值为1 0 的条件下， 煤矸石吸附剂对c r ( v i ) 的去除率达到9 9 9 8 ，排放的出水达到我国污水综合排放标 准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的六价铬最高允许排放标准( 0 5 m 叽) 。刘满英等【删以玉米为原料， 采用铁作为结合剂，制各出玉米质铁吸附剂。研究结果表明：在最佳条件下，动态饱和 吸附量可达2 7 m g g ，其可去除9 9 9 的铬。 生物化学法目前比较新，此工艺操作简单，设各安全可靠，污泥量少，污泥中金属 可回收利用，实现了清洁生产。生物处理方法主要有絮凝法和吸附法等，其具有费用低、 处理效果好的优点f 6 l 】。 1 5 印染废水处理概述 1 5 i 印染废水的来源及特点 印染废水是指印染加工过程中所有工序所排放的混合废水，其成分复杂、碱性强、 色度大、c o d 高，具有较大的毒性，且其形态随生产工艺的不同而不同，处理不当会 严重污染环境。对印染废水处理，主要是去除废水中的有机物污染物【6 2 1 。每年，都有大 量的染料废水排出。随着社会的不断发展，我国的印染业技术也取得了不少的进步。当 前，印染废水处理难度相当高，为此，人们直在寻找成本更低、吸附能力更好的吸附 7 桂林理工大学硕士学位论文 剂来吸附废水染料i 6 3 - 6 5 1 。 1 5 2 印染废水的治理情况 近二十年来，我国纺织业获得了迅猛发展，但是，印染行业的废水排放一直是我国 整个工业废水排放大户。随着印染业的不断发展壮大，印染废水中的污染物也变得越来 越复杂。据报道，每生产1 t 染料就会流失2 ，尤其在染料的生产和加工过程中，流失 更严重。传统的处理方法虽具有诸多优点，但这也是简单的气液相之问的转移，并没 有完全消除有机染料，反而消耗了大量化学药剂，更容易造成废物堆积和二次污染。总 之，当前印染废水的治理现状还有许多问题【6 7 】。 1 5 3 印染废水处理技术 日前，印染废水处理技术主要有物理处理法、化学处理法及生物处理法。国内的印 染废水处理手段以生化法为主，有的还与化学法结合。但由于印染废水成分复杂，单一 处理方法往往不能达到理想的处理效果，所以往往是几种方法的综合利用。现将它们的 主要情况概述如下。 印染废水的物理处理法主要有吸附法、混凝法、膜分离法、高能物理处理法、超声 波气振法和磁分离法，其中吸附法和混凝法是主要的物理处理方法。化学处理法主要有 氧化法、还原法和电化学法1 6 8 。 目前，吸附法是染料废水常用的处理方法。常云海【6 9 】用粉煤灰来吸附料废水中c o d 研究结果表明：在穿透体积为t1 5 m l 、初始c o d 浓度为6 6 4 。2 m g l 、o h 为5 7 、投加量为 l8 9 和吸附时间为2 o h 的条件下，粉煤灰吸附剂对c o d 的去除率分别为8 1 5 ，说明其对 染料有很好的吸附效果。杨英等【7 0 l 以活性炭为原料剂，研究了其对生物染料的吸附效果。 研究结果表明：在温度为3 5 c 、投加量为8 0 9 l 茅1 1 p h 为5 5 的最佳吸附条件下，活性炭可 去除9 8 的染料。玛秀娟等【7 i 】利用粘土制备吸附剂，研究粘土吸附剂对日j 染废水中染料 的吸附效果，得出了制备粘土吸附剂的最佳条件：粒径0 0 1 7 m m 、温度6 0 7 0 c 、盐酸浓 度1 0 和吸附时间4 8 h 。研究结果表明：在1 5 m g l 的浓度、0 1 9 l 的投加量、p h 为9 和浸 渍时间为3 6 h 的条件下，粘土吸附剂对染料的去除率可达9 7 。 生物处理法是利用微生物酶来氧化或还原有机物分子，通过一系列氧化、还原、水 解、化合等分解活动，最终将废水中有机物消解的过程。生物法具有运行成本低、处理 效果稳定等优点，在印染废水处理中得到了较为广泛的应用【翻。 村林理r l i 大学硕十学化沦义 1 6 论文的选题背景和研究意义 1 6 1 选题背景和研究意义 自1 9 9 2 午以来，广四i x ：的 | 蔗产量直保持全国第一，其种植面积和槭料总j 托量 均占全国总产量的一半以上，凶此，蔗渣的产量十分f l j 观。按此计算，在- h 蔗制糖深加 上过程中，全区会产生人量的糖蜜废液和糖蜜酒精废液【4 】。这些在制麟过程中产生的高 浓度有机污染物，只有少髓的蔗渣被糖厂资源化利用，绝大部分被当作废弃物处理，这 样不仅带来了环境的污染，而且造成了资源的浪费。如果处理不当将会对环境造成巨大 的威胁。所以，寻找合适的途径综合利用蔗渣已成为制糖工业的一项重大举措。 u 蔗是我同制糖的主婴原料，蔗渣就是i j 。蔗以加工过程t 1 的主要副产物，是一种木 质纤