活性炭吸附在制药废水处理中的应用进展

林宇澄范中彦曾旭(.同济大学环境科学与工程学院, 上海 0009；.上海环谷投资管理有限公司, 上海 00434)

活性炭吸附在制药废水处理中的应用进展

林宇澄1范中彦2曾旭1(1.同济大学环境科学与工程学院, 上海 200092；2.上海环谷投资管理有限公司, 上海 200434)

制药废水具有成分复杂、有机污染物浓度高、波动性大、可生化性差、毒性大等特点，是一种较难处理的工业废水。鉴于其行业特殊性，制药废水的处理已成为当前环境保护的一个难题。活性炭吸附是利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用以去除污染物的目的，具有适应范围广、处理效果好、可回收有用物质等优点，在废水处理中的应用日益增多。本文主要介绍了活性炭吸附的特点及其在制药废水处理中的应用进展，以期为制药废水的处理提供参考和借鉴。

活性炭；吸附；制药废水；应用进展

1 引言

随着我国近年来制药行业的快速发展，制药废水的排放量日益增加。制药废水的成分往往非常复杂，同时具有有机污染物浓度高、波动性大、可生化性差、毒性大等特点，是一种较难处理的工业废水。如果没有进行妥善的处理排入自然水体，会对环境造成非常大的危害，甚至危害人类的身体健康。鉴于其行业的特殊性，制药废水的处理已成为当前环境保护的一个难题。如能较好地解决制药废水的处理难题，对于制药行业的健康发展以及国家医药安全也具有重要意义。

制药废水的处理通常包括物化、化学、生化处理过程以及组合工艺[1]。制药废水的处理往往需要先进行预处理[2]，去除难降解物质，提高废水的可生化性，后面进行生化处理实现达标排放。吸附法利用多孔性固体吸附废水中的有机污染物实现去除的目的，操作简便、适用广泛、可回收利用资源，作为制药废水的预处理以及后续处理日益得到应用。从环境和经济效益两个角度出发，水处理技术应考虑兼顾资源回收和废水处理达标排放两个方面。吸附法不仅可以实现去除有机污染物的目的，还可回收有用物质，因此吸附法具有双重优点。常用的吸附剂有活性炭、活性煤、腐殖酸类、吸附树脂等。由于活性炭表面积大以及微孔结构发达，具有较好的物理吸附和化学吸附能力。中国从20世纪70年代初就开始研究活性炭处理废水的技术，活性炭是目前水处理中普遍采用的吸附剂[3-4]。

2 活性炭吸附技术介绍

活性炭是一种经特殊处理的炭，将有机原料在隔绝空气的条件下加热炭化，然后与气体反应，表面被侵蚀，从而产生发达的微孔结构[5]。活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关，颗粒越小，孔隙扩散速度越快，活性炭的吸附能力就越强。活性炭不仅对水中溶解的有机物，如苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力，而且对用生物法及其他方法难以去除的有机物，如色度、臭味、表面活性物质、胺类化合物以及许多人工合成的有机化合物及重金属都有较好的去除效果[6-8]。

活性炭吸附法具有以下突出优点：①原料来源广：如煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳、杏壳、枣壳等。利用废木料、果壳等为原料等制备活性炭除了获得吸附剂以外，还实现了废物的资源化利用；②回收有用物质：如用活性炭吸附含酚废水，可以通过碱处理，再生吸附饱和的活性炭，回收酚钠盐；③适用广泛：对废水中绝大多数有机污染物都可实现稳定的处理效果，同时对于水量及有机物负荷的变动有较强的适应性能；此外，活性炭还耐酸、碱腐蚀；④操作简便：日常只需运行观察和设备维护，吸附饱和后进行活性炭更换、再生活化；⑤通过再生利用可节省成本：被吸附的有机物在再生过程中被去除，实现活性炭的再生利用，从而实现节省的目的。

活性炭吸附根据固体外表吸附力不同可分为物理吸附、化学吸附、交流吸附[9]。物理吸附是吸附剂和污染物经过分子间作用力相互吸附。由于活性炭发达的微孔结构提供了大量的比表面积，因此活性炭具有较强的吸附能力。化学吸附是吸附剂和污染物之间靠化学键的反应发生的吸附。活性炭表面含有少量功能团形式的氧和氢，如羟基、羧基、酚类、内脂类、醚类等，可以与被吸附质发生反应，从而吸附废水中污染物。化学吸附具有选择性，由于化学吸附靠吸附剂和污染物直接的化学键力进行的，因此比较稳定，不易解吸。污染物在吸附过程中伴随着离子的电荷的交换即离子交流，也会形成交流吸附。

当活性炭吸附达到饱和后，通过脱附再生重复使用。常用的活性炭再生方法有热再生法、溶剂再生法、生物再生法、催化湿式氧化法等[10-14]。

3 活性炭吸附在制药废水处理中的应用进展

由于活性炭吸附具有上述优点，在制药废水处理中的应用日益增多。

姜军清等用活性炭纤维吸附处理苯酚废水的研究表明，活性炭纤维吸附容量大，吸附速度快，吸附饱和的活性炭纤维用10%的氢氧化钠溶液再生，苯酚再生时回收率达69.5%[15]。唐登勇等采用活性碳纤维吸附处理对硝基苯酚废水，结果表明废水中的有害物质能够得到有效去除，同时还可回收利用对硝基苯酚和氯化钠，实现了对硝基苯酚的清洁生产[16]。王茂玉研究了采用活性炭催化臭氧氧化降解制药废水，结果表明活性炭和臭氧的复合使用对反应体系有显著的协同催化效应，废水COD去除率由单独臭氧氧化的33.1%提高到72.57%，显著提高了废水的可生化性，有利于进一步的生化处理[17]。

崔凤国等研究了混凝和活性炭吸附深度处理制药废水[18]，结果表明混凝对废水中颗粒态和大分子有机物有良好去除效果，但无法有效去除污水中的小分子的荧光物质；活性炭吸附对SMP、腐殖酸和富里酸等荧光物质的去除率均能达到90%以上。范举红等人研究了混凝、活性炭吸附和H2O2氧化技术组合处理以小分子为主、难生物降解制药废水的二级生化出水[19]，结果表明对COD去除效果较好，投加1.0 g/L的粉末活性炭，

COD的去除率可以达到50%～60%，COD去除效果得到提高。

李国清探讨了生物活性炭技术和臭氧结合使用的净水技术[20]，臭氧在氧化水中有机物的同时被还原，为活性炭中的微生物继续氧化小分子有机物提供充足的氧气，具有使用周期长，效率高，出水水质好的优点。谢小龙采用活性炭替代滤池中的石英砂[21]，利用活性炭易于长生物膜的特性降解水中的有机污染物，有机物去除的效率得到大幅度提升。杨忆新[22]的研究表明，粉末活性炭的添加能够大幅提高生物滤池对有机物的去除，并且能够大大减小出水中的三卤代烷的生成量。

此外，陈郭建等研究了添加粉末活性炭的活性污泥系统[23]，实现了COD的高效、稳定去除，以及良好的固液分离性能和污泥脱水性能。李湘凌等在盐酸林可霉素原料药废水的处理中采用添加粉末活性炭驯化活性污泥[24]，结果表明添加粉末活性炭能够始终保持较高的COD去除率。这些成果对于活性炭吸附技术在制药废水处理中的应用推广，有利于更好的发挥活性炭吸附技术的优势，为制药废水的达标排放提供参考和借鉴。

4 结语和展望

制药废水具有成分复杂、有机污染物浓度高、波动性大、可生化性差、毒性大等特点，是一种较难处理的工业废水。鉴于其行业特殊性，制药废水的处理已成为当前环境保护的一个难题。活性炭吸附是利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用以去除污染物的目的，具有适应范围广、处理效果好、可回收有用物质等优点，在废水处理中的应用日益增多。目前关于活性炭吸附研究的一些理论还不成熟，并且活性炭再生的成本也限制了活性炭吸附技术的推广应用，笔者认为相关研究将更多的集中于与其他废水处理技术的协同应用，以及高效低耗的活性炭再生技术。

[1]鲍艳霞.制药废水处理方法研究[J].2011,8:144-145.

[2]牟善良,薛以胜.生物制药废水预处理研究[J].山东电大学报,2006,3:69-70.

[3]孙剑平,冯国会,班福忱,李旭林.活性炭和分子筛对甲醛气体吸附性能的比较[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2010,26(6):1182-1185.

[4]赵亚娟,陈睿,刘阳生,栾胜基.负载无机铵盐改性活性炭纤维对甲醛去除能力的影响[J].环境科学学报,2010,30(3):572-577.

[5]张跃东.活性炭吸附法在工业废水处理中的应用[J].河北化工,2011,6(34):74-76.

[6]李永贵,张海泉,张君,邱华.活性炭纤维处理印染工业废水展望[J].产业用纺织品,2001,6:19-22.

[7]左卫元,全海娟,史兵方.改性活性炭对废水中甲醛的吸附研究[J].安全与环境学报,2015,1(15):188-192.

[8]吴顺年,陈嘉平,章北平.用表面修饰的活性碳吸附废水中的铜离子[J].华中科技大学学报(城市科学版),2002,3:19-24.

[9]殷双元,王娴.活性炭在水处理中的应用研究[J].资源节约与环保,2014,2:104-104.

[10]李文明,付大友,李红然.活性炭再生方法的分析和比较[J].广州化工,2010,12(38):27-29.

[11]孙康,蒋剑春.活性炭再生方法及工艺设备的研究进展[J].生物质化学工程,2008,42(6):55-60.

[12]路红梅,戴荣华,卫洁,刘昊,孙斌.废弃活性炭再生制备生物活性炭在水处理中的应用[J].山东化工,2014,43:163-165.

[13]翁元声.活性炭再生及新技术研究日[J].给水排水,2004,30(1):86-91.

[14]吴奕.活性炭再生方法[J].化工生产与技术,2005,12(1):20-23.

[15]姜军清,陆晓华.活性炭纤维处理含酚废水的研究[J].江苏环境科技,2001,14(1):1-3.

[16]唐登勇,郑正,郭照冰.活性炭纤维吸附处理对硝基苯酚生产废水[J].化工环保,2009,3(29):239-241.

[17]王茂玉.活性炭-臭氧氧化法预处理制药废水[J].兰州交通大学学报,2008,6(27):60-62.

[18]崔凤国,杨鹏,张伟军,王东升.混凝和活性炭吸附深度处理制药废水中有机物去除特征[J].环境工程学报,2015,9:4359-4364.

[19]范举红,刘锐,冯军,陈吕军.H2O2预氧化-粉末活性炭吸附深度处理制药废水二级生化出水的研究[J].工业用水与废水,2011,42(3):17-20.

[20]李国清.生物活性炭技术在水处理中的运用[J].环境与生活,2014,6(69):77-78.

[21]柴同志,谢小龙.生物活性炭滤池在水处理中的应用[J].科技资讯,2015:104-105.

[22]杨忆新,刘文君,尹艳敏.超滤/粉末活性炭组合工艺深度处理黄河源水[J].中国给水排水,2010,15:48-50.

[23]陈郭建,魏兴义.PAC-SBR法处理高浓度有机废水[J].环境工程,1995,5(13):3-6.

[24]李湘凌,周元祥,周娟.PAC-SBR反应器处理制药废水活性污泥驯化实验研究[J].上海环境科学,2005,3(24):131-133.

林宇澄，男，安徽人，研究方向：高浓度难降解有机废水的处理。