焦化废水是工业废水中较难降解的废水之一。在国内，焦化废水处理多采用生化法，其处理后的出水COD 仍高于150 mg/L，有的甚至高达500 mg/L以上，远不能达标排放。经生化处理后的焦化废水称为焦化尾水，其有机污染物除了残余的烷烃外，还含有许多烯烃、羟基、酰胺基、磺酰胺基和硝基等生色团，并且还含有—NH2、—NHR、—NR2、—OR、—OH、—SH 等助色团，致使焦化尾水色度仍然很高。焦化尾水B/C 较低，不适宜再采用生化法处理。通过试验表明：用活性炭吸附处理焦化尾水，不但可以有效去除COD，还可以起到良好的脱色、除臭效果。

1 试验部分
 
1.1 试验水质
 
试验所用废水来自某钢厂焦化尾水，其COD 在150～200 mg/L 之间，略带棕黄色，色度在20 倍左右，有刺激性气味。

1.2 试验步骤
 
取200 mL 废水置于250 mL 烧杯中，先用硫酸或氢氧化钠调节该废水的pH 至指定值，再将烧杯置于恒温水浴锅内，调节水浴锅温度至指定值； 待烧杯中废水温度稳定后，加入一定剂量的粉末活性炭； 用电磁搅拌器对废水进行搅拌，搅拌一定时间后，测定废水COD 和色度。

1.3 分析方法
 
pH：pHS-25 型酸度计；COD： 重铬酸钾法；色度：稀释倍数法。

2 试验结果与讨论
 
2.1 吸附剂的选择
 
对原始吸附剂焦炭（江苏沙钢集团）、颗粒活性炭（河南佰科活性炭厂）、粉末活性炭（河南佰科活性炭厂）进行改性处理并与未改性时的吸附效果作对比，试验数据见表 1。

原始吸附剂选用焦炭和活性炭。焦炭是炼铁工业常采用的还原剂，进行吸附处理后的焦炭仍可用于炼铁而不影响其还原效果，可以实现资源综合利用；而活性炭具有无数细小孔隙结构，比表面积大，具有很好的物理吸附以及化学吸附效果，已得到广泛的应用。

由于焦炭和活性炭都是炭质吸附剂，故焦炭的改性也仿照活性炭改性进行。对焦炭和活性炭采用的改性方法主要包括：表面氧化改性、酸碱改性。表面氧化改性主要是用强氧化剂在适当的温度下对活性炭表面进行氧化处理，从而提高其表面的含氧酸性基团的含量、增强表面的极性、降低零电点pH，而表面极性较强的活性炭易吸附极性物质。

酸碱改性是利用酸、碱等物质处理活性炭，使活性炭表面官能团发生改变，改善其对金属离子的吸附能力，根据实际情况调整活性炭表面的官能团，从而达到所需的吸附效果。经过酸碱改性，不但可以增加含氧酸性官能团，还可以得到适宜的表面pH，从而获得高吸附量和吸附速度。

由表 1 可知，经过表面氧化改性后的焦炭和活性炭吸附效果有所下降，而经过酸碱改性和碳酸钠改性的焦炭吸附效果优于原始焦炭吸附效果。分析原因可能是吸附剂对于焦化尾水有机物的吸附多是物理吸附而不是化学吸附，且有机物可能多是极性低或无极性有机物，而且经过表面氧化改性后吸附剂孔塌陷造成的孔容积减少也可能是导致吸附剂吸附能力降低的原因之一。故最终选择原始粉末活性炭作为焦化尾水的吸附剂进行静态吸附试验。

2.2 不同pH 对COD 和色度去除效果的影响
 
采用硫酸和氢氧化钠调节废水pH 分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，向不同pH 的焦化尾水中各投加200 mg/L 的粉末活性炭，15 ℃搅拌静态吸附45 min，粉末活性炭对焦化尾水COD 和色度的去除效果如图 1 所示。

 活性炭的吸附性能受pH 的影响，当pH 较低的时候，溶液中的大量H+会和活性炭表面的—OH 等结合，即活性炭的活性中心会和H+结合，使有机物没有被充分吸附；随着pH 的升高，在活性炭表面吸附的H+会发生离解，使活性炭的活性中心暴露，便可以吸附更多的有机物；当溶液pH 再继续升高，溶液中的OH-会和吸附质发生竞争吸附，故又会使有机物的吸附效果受到限制。由图 1 可知，粉末活性炭对焦化尾水COD 和色度的去除在酸性条件下效果较好，在pH≈3 的时候去除效果达到最佳值，最佳COD 去除率为42.9%，最佳脱色率为92.7%，而在强酸性、中性及强碱性条件下去除效果不佳。故确定最佳pH=3。

2.3 不同活性炭用量对COD 和色度去除效果的影响
 
向初始pH=3 的焦化尾水中分别投加0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.5 g/L 的粉末活性炭，15 ℃搅拌静态吸附45 min，粉末活性炭对焦化尾水COD和色度的去除效果如图 2 所示。

 在COD 和色度一定的前提下，随着活性炭投加量的增加，可供吸附的吸附点位增加，使得吸附剂上被吸附的吸附质总量增加，当达到吸附平衡，再继续增加活性炭投加量，COD 和色度的去除率便不再增加。由图 2 可知，随着活性炭剂量的增加对于COD和色度的去除率逐渐增加，当粉末活性炭投加质量浓度为1.0 g/L 时，COD 去除率达到最佳值43.7%，脱色率达到最佳值91.2%。故确定最佳活性炭投加质量浓度为1.0 g/L。

2.4 不同吸附时间对COD 和色度去除效果的影响
 
向初始pH=3 的焦化尾水中投加1.0 g/L 的粉末活性炭，15 ℃搅拌分别静态吸附5、10、15、20、25、30、40 、50、60 min，粉末活性炭对焦化尾水COD 和色度的去除效果如图 3 所示。

 在活性炭吸附初期，由于COD 和色度较高，浓度梯度大，使得活性炭具有较快的吸附速率，随着吸附的进行，溶液与吸附剂之间的有机物浓度梯度逐渐减少，使得吸附推动力也随之减少，导致吸附速度减缓；另一方面，初始吸附的时候有机物主要被活性炭吸附在表面上，随着吸附反应的进行，被吸附的有机物逐渐向活性炭内部孔隙过渡，吸附量逐渐增加，直至吸附达到平衡。由图 3 可知，在吸附初始的5～10 min，有机物被活性炭迅速吸附，到吸附至40 min，基本达到吸附平衡，在此条件下，COD 最佳去除率为45.2%，最佳脱色率为91.1%。综合考虑COD 去除率和脱色率，确定最佳吸附时间为40 min。2.5 不同吸附温度对COD 和色度去除效果的影响向初始pH=3 的焦化尾水中投加1.0 g/L 的粉末活性炭，分别于15、20、30 、40、50、60 ℃搅拌静态吸附40 min，粉末活性炭对焦化尾水COD 和色度的去除效果如图 4 所示。

 活性炭的吸附过程是放热过程，低温有利于吸附过程的发生。温度升高对吸附的影响主要体现在两方面：一方面，温度升高使得水的黏度降低，在相同的搅拌强度下，吸附剂与吸附质能充分接触，同时温度升高也能促进吸附质向活性炭内部微孔的扩散从而增加吸附作用；另一方面，温度升高也能加快分子热运动，使吸附质分子振动能增加，加快活性炭的脱附作用。由图 4 可知，在15～60 ℃，在温度的双重作用下，活性炭的吸附作用发生震荡，但从总的趋势看，温度对COD 和色度的去除影响不大。综合考虑活性炭对COD 和色度的去除效果，确定最佳吸附温度为30 ℃，在最佳吸附温度下，COD 去除率53.1%，脱色率为99.6%。。

3 结论
 
（1）对焦化尾水进行物理吸附静态试验，最佳吸附操作条件为pH=3，活性炭投加质量浓度为1.0 g/L，吸附时间为40 min，吸附温度为30 ℃，在最佳操作条件下，COD 去除率为53.1%，脱色率为99.6%。

（2）焦化尾水经过活性炭吸附后，水质可达到《钢铁工业水污染物排放标准》（GB 13456—1992）一级标准。