活性炭在含氰废水处理中的应用

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1活性炭性质

目前，市场上活性炭主要以木质、煤质、果壳和果核等含碳物质为原料，在高温和一定压力下经化学活化或物理活化过程制成。活性炭组成物质中含有80%～90%碳，其余含有少量的氢、氮、氧及灰分;这是其具有疏水性的主要原因。活性炭结构是由六环碳不规则排列而成，这就形成了活性炭多微孔及高表面积的特性。活性炭孔径为1～10．5nm，比表面积一般为300～1000m2/g，库层阻力小，化学性质稳定，吸附性能强，而且易再生。目前，活性炭广泛应用于石油化工、电力、食品、环保和黄金等行业，其强大的吸附能力和催化能力被广大用户所认可。

2活性炭在含氰废水处理中的应用

2．1活性炭吸附氰化物和重金属

在应用炭浆法提金工艺的实践中，人们发现活性炭不仅对金、银、铜、锌、铁等金属具有较强的吸附效果，还能吸附废水中的氰化物和硫氰化物，且吸附量均较大。国内外学者对活性炭吸附氰化物进行了深入的研究，通过将活性炭改性，提高其吸附能力，取得了良好效果。利用FeCl3改性的活性炭吸附氰化物试验结果表明:氰化物的去除率从75．99%增加到95．57%，同时吸附平衡时间由33h减少到27h，吸附剂用量由30g/L减少到10g/L。利用阳离子絮凝剂聚二甲基二烯丙基氯化铵改性的活性炭吸附氰化物试验结果表明:改性活性炭吸附氰化物效果优于原活性炭吸附效果，处理质量浓度为28．7mg/L的含氰废水时，氰化物的去除率可达到99%以上，处理后废水中氰化物的质量浓度低于0．5mg/L，吸附反应符合Langmuir等温方程。利用硫酸铜改性活性炭，使活性炭负载Cu2+，其吸附氰化物试验结果表明:载铜活性炭对氰化物的去除率约比原活性炭高30%，废水pH值为8左右、吸附时间为7h，氰化物的去除效果最佳。在最佳试验条件下，当载铜活性炭投加量达12g/L时，含氰废水中的总氰去除率可达90%以上。根据金矿石性质，确定了黄金行业含氰废水普遍含有金、银、铜、铅、汞等重金属;利用活性炭吸附法处理氰化物的同时，重金属也被活性炭所吸附;此时活性炭负载了金属离子，对活性炭进行了改性。工业试验表明，含氰废水经活性炭吸附法处理后，氰化物质量浓度可低于综合排放标准，活性炭耐酸、耐碱，化学性质稳定，运行成本低，同时能回收金、银和铜等金属。目前，活性炭再生技术已成熟，有利于活性炭循环使用。活性炭吸附法也有一定弊端，仅能处理澄清水，不能处理矿浆，不适宜处理含有高质量浓度氰化物和重金属废水。而且，含有硫氰化物时，活性炭的再生变得较为复杂，且吸附时间长。当含氰废水中氰化物和硫氰化物质量浓度均较高时，活性炭易饱和，所以单独利用活性炭吸附法处理含氰废水工程应用也较少。

2．2活性炭催化氧化氰化物

活性炭催化氧化是在活性炭吸附法基础上发明的，在活性炭床底部进气，上部喷淋进水，逆流氧化反应，CN－被氧化为CNO－，进一步水解为CO2－3和NH3。长春黄金研究院自1989年研究开发活性炭从含氰废水中回收金的工艺和设备，1992年在河北迁西东荒岭金矿进行的活性炭催化氧化法处理含氰废水工业试验获得成功，进水CN－质量浓度为350mg/L，Au质量浓度为0．25mg/L，活性炭床体积为12．5m3，废水处理量为3m3/h，出水CN－质量浓度为0．62mg/L，Au未检出，载金炭经解吸电解后每年可增加效益百万元以上。随后活性炭回收金技术推广到国内几十家黄金矿山，每年回收金、银利润达1000万元以上。2012年，在云南某矿山进行工业试验，活性炭催化氧化法作为二级处理工艺，出水CN－质量浓度低于0．1mg/L，金、银得到回收。国内外有许多专家学者对活性炭催化氧化氰化物机理进行了探讨，主要观点有两种:一种观点认为，活性炭表面上的含氧基团作为氧化剂直接参加了催化氧化反应，活性炭富集的氧气把羟基氧化成羰基，并且认为中间产物有H2O2产生;另一种观点认为，活性炭在氧化过程中起催化剂的作用，活性炭吸附的Cu2+加速CNO－的水解，活性炭富集的氧气氧化被活性炭吸附的氰化物，使吸附点得到再生。由于观点不统一，又有专家学者对其机理进行了进一步探讨和试验验证:通过系列试验最终证明了催化氧化反应中间产物无H2O2产生，并指出了其观点不能从微观结构上解释催化氧化反应过程中活性炭的作用原理，特别是活性炭表面官能团的作用原理，提出了吸附在活性炭上的氧是催化氧化反应的前提条件、铜离子可明显加速催化氧化反应的进行、活性炭表面含氧基团的增多有助于催化氧化反应发生的观点。

2．3活性炭催化臭氧氧化

活性炭催化臭氧氧化技术是在臭氧法基础上发展起来的，在水溶液中活性炭催化臭氧产生非常活泼的•OH，其氧化还原电位为2．85V，仅次于氟(3．06V)。利用•OH氧化CN－，克服了臭氧法氧化能力不足、臭氧利用率低的缺点。活性炭催化臭氧氧化技术试验研究结果表明:活性炭催化臭氧氧化可有效去除含氰废水中的CN－，在CN－初始质量浓度为150mg/L、溶液初始pH值为10、臭氧用量为30mg/min、活性炭用量为14g/L、反应30min时，CN－去除率可达99．8%，是单独臭氧氧化法的1．54倍，处理后废水中CN－质量浓度降低到0．5mg/L以下。

2．4活性炭破坏残余臭氧

采用臭氧法处理废水的工程应用中，由于臭氧利用不完全，尾气中常含有一定量臭氧;若不进行处理或利用而排放到空气中，会对人体健康造成严重伤害。目前，臭氧的主要分解方法有热分解法、电磁波辐射分解法、溶液吸收法、活性炭法和催化分解法等。活性炭破坏残余臭氧法具有运行成本低、操作简便、效果稳定、无二次污染等优点，可广泛应用于工程实践中。有专家学者对活性炭分解臭氧机制进行了研究。其研究结果表明:臭氧可被活性炭快速完全降解，并导致体系升温;这主要是由臭氧分解放热所致。活性炭凭借强大的吸附能力对臭氧进行富集，通过催化作用分解臭氧为氧气。臭氧及其分解中间产物破坏活性炭表面结构和基团，消耗少量活性炭，并导致活性炭催化降解性能的下降。臭氧分解过程释放的热量进一步促进自身分解。

2．5活性炭－生物法

在水处理中，活性炭多孔结构为微生物的寄生和繁殖提供了良好的生存环境。在活性炭表面吸附微生物去除水溶液中污染物质已成为近几十年的研究热点。活性炭－生物法表现出很多优势:一是固定在活性炭表面的微生物可对氰化物和硫氰化物进行预氧化，减少其与活性炭吸附点的接触，从而延长活性炭床的使用寿命;二是微生物薄膜可改变活性炭表面电荷密度，强化活性炭表面电负性，从而提高活性炭对带正电荷污染物的吸附。有文献报道，曝气活性炭生物滤池组合工艺作为含氰废水深度处理技术，对低质量浓度氰化物具有较好的处理效果。由于微生物对废水要求高，所以活性炭－生物法应用也受到限制。

2．6活性炭脱除活性余氯

目前，国内只对自来水厂和城市污水处理厂加氯处理后的水质进行了脱除活性余氯研究和工程应用。活性炭法具有去除效率高，不产生二次污染，不仅能去除活性余氯，而且能去除水中有机物的特点，因此常用于大规模活性余氯脱除工艺。碱性氯化法是黄金矿山处理含氰废水常用方法之一，处理后溶液中含有一定浓度的活性余氯。活性余氯氧化性强，具有杀菌作用，含有活性余氯的废水不能直接进入生物处理系统或直接排入河流，但目前利用碱性氯化法处理含氰废水的黄金矿山均未有活性余氯脱除设施，因此增加活性炭脱除余氯设施势在必行，不仅脱除活性余氯、保护生态环境，还可以回收废水中少量的金、银，从而增加经济效益。活性炭脱除余氯是集吸附、催化和活性余氯与碳反应的一个综合过程。因此，活性炭在整个吸附脱除余氯过程中不存在吸附饱和问题，只是损失少量的活性炭。

3结语

活性炭具有强大的吸附能力和催化能力，应用于各行各业。目前，活性炭在黄金行业污水处理中用于二级或深度处理较多，直接用于一级处理较少。虽然活性炭吸附能力强，但吸附量毕竟有限，易饱和，需要再生，所以在利用活性炭强大的吸附能力同时，应该充分利用其催化能力，加快反应速度、降低活化能，让活性炭表面的羧基、羰基等官能团发挥其作用;这也是今后活性炭在黄金行业含氰废水处理中应用研究的主要方向。

作者:王先华 孟凡钰 高飞翔 卢楠 刘书平 单位:云南黄金矿业集团股份有限公司 长春黄金研究院 辽宁省科学技术馆