摘要:通过活性碳净水处理的原理,工艺,及其效果的评价,阐述粉末活性碳在给水净化处理中的应用与前景。
关键词:粉末活性碳;净水;工艺;效果评价
粉末活性炭在给水处理中的使用已有70年左右的历史。国外对粉末活性炭吸附性能作的大量研究表明:粉末活性炭对三氯苯酚、二氯苯酚、农药中所含有机物,三卤甲烷及前体物以及消毒副产物三氯醋酸、二氯醋酸和二卤乙腈等等均有很好的吸附效果,对色、嗅、味的去除效果已得到公 认[1]。2005年在哈尔滨水厂过滤池中,应用活性炭吸附,使松花江受苯污染水体达到了饮用水的标准。
1 吸附技术的原理
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。迅速扩散是 溶质分子在碳粒内沿径向均匀分布的阻力小的大孔隙中扩 散的过程。这些大孔隙产生径向的扩散阻力。当分子从大 孔进一步进入与大孔相通的微孔中扩散时,由于受到狭窄孔 径所产生的很大阻力,从而极为缓慢。微孔也是在碳粒内均 匀分布,但不构成径向的扩散阻力。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 投加工艺的选择
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。在处理污 水选取投加粉末活性炭工艺时,主要考虑:
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)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。
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。
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。
5)要根据投加量的多少、场地条件选取干式或湿式投 加。
6)根据水质污染状态,及污染物确定合理的碳种,并计 算经济的投加量。投加量从5~30 mg/L不等。对有效的去 处水中的污染物具有重要意义。
3 效果评价
3·1 优 点
1)粉末活性炭应用的主要特点是设备投资省,价格廉, 吸附速度快,对短期及突发性水质污染适应能力强。
2)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。
3)投加粉末活性炭对去除嗅味有明显效果。
4)投加活性炭有助于去除阴离子洗涤剂。
5)投加活性炭有助于对藻类的去除。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。
6)投加粉末活性炭使化学耗氧量、五日生化需氧量大大 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。
7)投加粉末活性炭对酚类的去除有良好的效果。
8)投加活性炭粉使出水浊度大幅度降低,自来水水质大幅度提高。
9)投加粉末活性炭对水体致突变性的影响,能够有效地去除有机物污染物。是常规工艺改善饮用水水质的简捷途径。
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,表面黏度下降。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。
3·2 工程中的问题
1)由于国内对对于活性炭去除水体异臭的重要指标ABS值和酚值研究不多,再加上国内水体污染物比国外的复杂得多,处理对象的复杂,使其应用水平提高受到制约。
2)在应用过程中,粉末活性炭在诸多环节如装卸、拆包、 配制、投加过程中劳动强度大、容易引起粉尘飞扬,造成环境 等方面的诸多问题,是至于约粉末活性炭技术应用的一个关键。
3)应用中精确制备和定量投加粉末活性炭能稳定稳定 粉末活性炭吸附除污染的效果,也与制水成本密切相关。需合理的建造粉末活性炭储存、配制、投加系统使其较好的防 治各个环节造成的不稳定因素。
4)粉末活性炭技术的应用最为关键的问题是投资以及 成本的控制,科学合理的使用粉末活性碳技术是其经济有效 的发挥其效用的关键环节。
4 粉末活性炭与超滤组合应用前景
现代水处理中,超滤膜(UF)和反渗透膜(RO)已成为深 度处理的主要工艺.但当原水中有机物、无机物、微生物和胶 体物质含量过高时,会造成膜表面和膜孔的累积.将造成膜 表面的堵塞.影响膜的运行寿命。利用活性炭作为UF的前 处理可去除污水中大部分有机物.降低COD,从而缓解UF膜 和RO膜阻塞和膜的污染问题,可延长膜的使用时间。活性 炭对相对分子质量在500~3 000的有机物.去除率一般为 70% ~86. 7%.而对相对分子质量>3 000的有机物则达不到 有效去除的效果.但UF对于大分子的有机物有良好的去除 率。因此活性炭与UF组合去除有机物效果好[2]。
5 结 论
1)活性炭在水处理工艺中应用已有70多年历史。20世 纪60年代,活性炭吸附法在城市用水、城市污水和工业废水 深度处理中得到广泛应用,它是一项传统成熟的水处理技术。
2)根据原水水质及处理工艺,选择炭种及投加点,投加过程中采用合理的工艺,对提高有机物去除率具有意义重大。
3)活性炭吸附技术具有设备投资省、价格便宜、吸附速度快、对短期及突发性水质污染适应性强等。
4)粉末活性炭与超滤膜配合处理有机污染污水·可优势互补,对去除污水中有机物的效果更佳。
参考文献:
[1] 金伟,李怀正,范瑾初·粉末活性炭吸附技术应用的关键问题 [J]·给水排水, 2001, 27(10): 11-12·
[2] 沈渊玮,陆善忠·活性炭在水处理中的应用[J]·工业水处理, 2007, 27(4): 13-16·来源：谷腾水网 作者: 姜剑飞,陈 琨