活性炭在净水处理中的应用

活 性 炭 是 一 种 由 含 碳 材 料 制 成 的 外 观 呈 黑色, 内部孔隙结构发达、表面积大 , 吸附能力 强的一类微晶质碳素材料。它是一种常用的吸 附剂、催化剂或催化剂载体, 广泛应用于几乎所 有的国民经济部门和人们的日常生活。

1  活性炭

1.1  活性炭的分类

由于原 料 来 源 、制 造 方 法 、外 观 形 状 和 应用场合不同,主要品种有:

1.1.1  按原料来源分,   可分为木质 活 性 炭 (如椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭等)、矿 物质原料活性炭 (各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭)、其它原料制成的活性炭(如废橡胶、废塑料等制成的活性炭)。

1.1.2 按制造方法分,  可分为化学法活性 炭(化学炭)、物理法活性炭。

1.1.3 按外观形状分粉状活性炭、颗粒活 性炭。

1.1.4 其它形状的活性炭除了粉状活性炭 和颗粒活性炭两大类外, 还有其他形状的, 如活性炭纤维、活性炭纤维毯、活性炭布、蜂窝状活 性炭、活性炭板等等。在生产中应用的活性炭种类有很多。一般 制成粉末状或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强,   制备容易,价格较低,  但再生困难,  一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵, 但可再生后重 复使用, 并且使用时的劳动条件较好, 操作管理 方便。因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭。

1.2  活性炭吸附及影响吸附的因素

1.2.1  活性炭吸附是指利用活性炭的固体 表面对水中的一种或多种物质的吸附作用 , 以达到净化水质的目的。

1.2.2  影响活性炭吸附的因素

        吸 附 能 力 和 吸 附 速 度 是 衡 量 吸 附 过 程 的主要指标。吸附能力的大小是用吸附量来衡量 的。而吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时 间内所吸附的物质量。在水处理中, 吸附速度决 定了污水需要和吸附剂接触时间。活 性 炭 的 吸 附 能 力 与 活 性 炭 的 孔 隙 大 小 和结构有关。一般来说, 颗粒越小,  孔隙扩散速 度越快, 活性炭的吸附能力就越强。

      污水的 PH 值和温度对活性炭的吸附也有 影响。活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量.吸附反应通常是放热反应,因此温度低对吸附反应有利。

      当 然 ,   活 性 炭 的 吸 附 能 力 与 污 水 浓 度 有 关。在一定的温度下, 活性炭的吸附量随被吸附 物质平衡浓度的提高而提高。利用粉末活性炭去除水中有机物、除色、除嗅味物质己取得成功的经验与较好的去除效果。

2  粉末活性炭的净水效能研究

    粉 末 活 性 炭 吸 附 水 中 溶 质 分 子 是 一 个 复 杂的过程,  是几种力综合作用的结果, 包括离子吸引力、范德华力、化学杂和力。根据吸附的双速率扩散理论认为, 吸附是一个由迅速扩散和 缓慢扩散两阶段构成的双速过程, 迅速扩散在 数小时内即完成,   发挥了 60~80%活性炭的吸 附容量。影响粉末活性炭吸附的因素涉及溶质 分子极性、分子量大小、空间结构, 这一点取决 于水源水质的特征。活性炭对不同的物质分子 具有选择吸附性。

2.1 投加工艺的选择

      国 外 专 家 曾 对 粉 末 活 性 炭 的 应 用 情 况 进 行分析研究, 认为粉末活性炭对人工合成化学 物的吸附去除主要取决于该化合物的类型。在 选择投加点时,   必须考虑混合程度和处理接触时间, 尽量减少水处理药剂对吸附的干扰。选取 投加粉末活性炭工艺时, 主要考虑:

2.1.1 投加点要有充足的搅拌条件,  使粉 末活性炭能快速与处理水有良好的混合接触。

2.1.2 尽量延长粉末活性炭与水体接触吸 附时间, 充分利用粉末活性炭的吸附能力, 提高

吸附率。

2.1.3  尽 量 选 取 粒 径 小 的 粉 末 活 性 炭 , 使 同等重量的活性炭吸附面积相对大; 选取中孔 较发达的木质活性炭, 力求提高活性炭对有机 物的吸附效能。

2.1.4 尽量减小水处理过程中的化学药品 干扰, 如氯、高锰酸钾、混凝剂等。

2.1.5  要根据投加量的多少、场地条件选取干式或湿式投加。

2.1.6  根据水质污染状态确定投加量。投 加量从 5~30mg/L 不等投加了粉末活性炭阻隔了藻类的光吸收, 同时 在浊度较低的水源中有明显的助凝作用, 有助 于在混凝沉淀中去除藻类。

2.2  投加粉末活性炭明显改善出水水质

2.2.1 投加粉末活性炭对去除色度有明显 效果。色度的去除有报道可达 70%, 色度低表 明去除有机物的效率高, 除铁、锰的效果好。但去 除 色 度 的 效 果 并 没 有 和 投 加 活 性 炭 量 成 正 比, 其复杂的机理, 还有待下一步研究。

2.2.2 投加粉末活性炭对去除嗅味有明显 效果。南方某水体的富营养化水体不仅是藻类繁殖和杀灭过程产生的异臭, 还面对复杂的工 业排污污染, 水体长期酚类物质的异常浓度所 引起的异臭。

2.2.3 投加活性炭有助于去除阴离子洗涤 剂。国内外化工行业早已有利用粉末活性炭, 来

净化去除工业废水中的洗涤剂的工艺。也是粉 末活性炭去除较大分子合成有机物的一个评价 指标。

2.2.4  投 加 活 性 炭 有 助 于 对 藻 类 的 去 除 。

2.2.5  投 加 粉 末 活 性 炭 使 化 学 耗 氧 量(  CODmn 和 CODcr) 、五 日 生 化 需 氧(  BOD5) 量 大大降低,    这些与水体有机污染程度正相关的表征指标的下降, 表明了水体有毒有害物质的 去除程度。

2.2.6  投加粉末活性炭对酚类的去除有良 好的效果。20 世纪 30 年代, 国外已有采用粉末活性炭吸附焦化厂废水中苯酚的工艺。

2.2.7  投 加 活 性 炭 粉 时 出 水 浊 度 的 影 响 。

      投加活性炭后由于活性炭比重大,   并具有良好 吸附性能,    吸附在絮状物上,   增加絮状物的比 重, 使水中相当部分有机物得到去除, 具有良好 的助凝性能。但粉末活性炭投量大时, 会发生微 小碳粒穿透滤池的现象, 影响出水浊度, 所以当 投加量大时,    要严格控制好滤速和滤池出水浊 度。

投加粉末活性碳后, 水体相当部分有机物 得到去除,  水体中胶状物质含量减少, 表面粘度 下降。粉末活性碳吸附在絮凝物上, 有利于絮体 的架桥, 能改善絮体的结构。所以对浊度较低、 污染严重的水体,   投加粉末活性炭除有良好的 去除有机污染能力,   同时还具有良好的助凝作 用, 使出水水质得到大幅度提高。是一种投资相 对小、收效快, 尤其是对于规模较大的旧水厂 , 是处理污染水源的一种可靠的净化工艺。