Wykorzystanie węgla aktywnego i nadtlenku wodoru w oczyszczaniu ścieków przemysłowych

Oczyszczanie ścieków przemysłowych wymaga stosowania różnych metod, w tym procesów sorpcji i utlenienia. Każdy z tych procesów ma swoje zalety i ograniczenia. Konsekwencją stosowania sorpcji (najczęściej z wykorzystaniem węgli aktywnych) jest problem zagospodarowania zużytych sorbentów, a proces utleniania wymaga wprowadzania znacznych ilości utleniaczy. Alternatywą może być połączenie obu tych procesów, realizowane jako: sorpcja, a następnie utlenienie zaadsorbowanych substancji, co skutkuje ich regeneracją i możliwością ponownego wykorzystania, lub jako sorpcja i utlenianie realizowane symultanicznie. W prezentowanej pracy prowadzono badania nad skutecznością usuwania p-chlorofenolu (jako substancji organicznej często występującej w ściekach przemysłowych) z wykorzystaniem węgla aktywnego i utleniaczy. Jako utleniacze zastosowano nadtlenek wodoru oraz odczynnik Fentona wykorzystywane w metodach pogłębionego utleniania (AOP). W tym przypadku rozkład związków organicznych zachodzi na skutek działania powstających w środowisku reakcji rodników hydroksylowych. Wykazano, że nadtlenek wodoru nie utlenia p-chlorofenolu, natomiast w reakcji Fentona następuje natychmiastowy rozkład tej substancji. Jednocześnie wykazano, że wybrany do badań węgiel aktywny WD extra charakteryzuje się dużą zdolnością sorpcyjną względem p-chlorofenolu, wynoszącą 150 mg/g. Nasycony p-chlorofenolem węgiel aktywny poddano regeneracji poprzez utlenienie zaadsorbowanej substancji nadtlenkiem wodoru i odczynnikiem Fentona. Stwierdzono, że węgiel aktywny po regeneracji wykazuje zdolności sorpcyjne zbliżone do węgla świeżego. Procesowi regeneracji towarzyszy jednak znaczny ubytek masy węgla aktywnego, szczególnie na skutek działania odczynnika Fentona (ok. 15%). Jednocześnie prowadzono badania nad usuwaniem p-chlorofenolu z roztworu wodnego w symultanicznym procesie sorpcji i utlenienia. Zaobserwowano, że w pierwszym etapie reakcji zachodzi proces utlenienia, obejmujący jednak nie tylko rozkład p-chlorofenolu, ale również węgiel aktywny, na co wskazuje znaczny ubytek masy. Wraz z upływem czasu reakcji udział sorpcji wzrasta.

Industrial wastewater treatment requires the application of various methods including sorption and oxidation. Each of these processes has its advantages and limitations. The main consequence of sorption (usually with the use of activated carbon) is the problem of utilizing the used sorbents while oxidation requires introducing large amounts of oxidants. Alternatively, the combination of both these processes can be used, either carried out in the following sequence: sorption and then oxidation of adsorbed compounds, which results in their regeneration and possibility of their further use or as sorption and oxidation carried out simultaneously. In this paper the study on the effectiveness of p-chlorophenol (as an organic compound usually present in wastewaters) removal with the use of activated carbon and oxidants has been carried out. Hydrogen peroxide and Fenton's agent used in the advanced oxidation processes (AOP) were applied as oxidants. In such case the decomposition of organic compounds takes place due to the effect of hydroxyl radicals formed in the reaction environment. It has been shown that the hydrogen peroxide does not oxidate p-cholorphenol, while in the Fenton reaction immediate decomposition of this compound takes place. At the same time, it has been proven that the WD extra activated carbon selected for the studies has high sorptive abilities towards p-chlorophenol amounting to 150 mg/g. Activated carbon saturated with p-chlorophenol has been regenerated by oxidation of the adsorbed compound with hydrogen peroxide and Fenton's agent. It has been observed that after the regeneration the activated carbon shows sorptive abilities similar to the fresh carbon. However, the regeneration process has been accompanied with considerable activated carbon mass loss, in particular due to the effect of Fenton's agent (approximately 15%). At the same time studies on the p-chlorophenol removal from the aqueous solution in the simultaneous process of sorption and oxidation has been carried out. It has been observed that in the first phase of the reaction oxidation process takes place, involving p-chlorophenol decomposition as well as activated carbon decomposition, which is implied by the considerable mass loss. With time, sorption process starts to dominate. It has been concluded that irrespective of the method chosen (sorption and then oxidation of adsorbed compounds or simultaneous sorption and oxidation) the p-chlorophenol removal effectiveness was comparable.