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活性炭吸附技术在水处理中的应用
来源: | 作者:hzrunde | 发布时间: 2018-03-08 | 3511 次浏览 | 分享到:
由于活性炭能无效地去除水的臭味、大局部无机物和某些无 机物,活性炭吸附技术已成爲净化水源......

由于活性炭能无效地去除水的臭味、大局部无机物和某些无 机物,活性炭吸附技术已成爲净化水源污染和城市污水、工业废 水深度处置的无效手腕。本文将论述活性炭的特性及其吸附机 理,引见及其组合工艺在国际外水处置中的使用 和开展,总结其使用中的优缺陷并预测其前景和开展方向。

1、活性炭的特性及其吸附机理


1.1  活性炭是一种暗黑色含炭物质,具有兴旺的微孔结构和宏大 的比外表积。它化学性质波动,可耐强酸强碱,具有良好吸附功能, 是多孔的疏水性吸附剂。活性炭初用于制糖业,后来普遍用于 去除受净化水中的无机物和某些无机物。它简直可以用含有碳的 任何物质做原资料来制造,其制备进程次要包括炭化和活化两步 [2]:碳化也称热解,是在隔绝空气的条件下对原资料加热,普通温 度在 600oc以下;活化是在有氧化剂的作用下,对碳化后的资料 加热,以消费活性炭产品。


1.2 活性炭的吸附机理 活性炭在制造进程中,其挥发性无机物被去除,晶格间生成 空隙,构成许多外形各异的细孔。其孔隙占活性炭总体积的 70% ~ 80%,每克活性炭的外表积可高达 500 ~ 1700 平方米,但 99.9 %都在多孔构造的外部。活性炭的极大吸附才能即在于它具有 这样大的吸附面积。活性炭的孔隙大小散布很宽,从 10-1nm 到 104nm以上,普通按孔径大小分爲微孔、过渡孔和大孔。在吸附 进程中,真正决议活性炭吸附才能的是微孔构造。活性炭的全部 比外表简直都是微孔构成的,粗孔和过渡孔只起着吸附通道作用, 但它们的存在和散布在相当水平上影响了吸附和脱附速率。


研讨标明:在吸附进程中发作溶质由溶剂向活性炭吸附剂 外表的质量传递,推进力可以是溶质的疏水特性或溶质对吸附剂 外表的亲和性,或两者均存在。在水处置中经过活性炭吸附而被 去除的物质普通爲兼有疏水基团与亲水基团的无机化合物。溶质 对吸附剂外表的亲和力可分爲两类:一类是溶质在溶剂中的溶解 度;另一类则是溶质与吸附剂之间的范德华力、化学键力和静电 引力。严厉地说,活性炭吸附是一个很复杂的进程。它是应用活 性炭的物理吸附、化学吸附、交流吸附以及氧化、催化氧化和还 原等功能去除水中净化物的水处置办法。


2、活性炭吸附技术在水处置中的使用及开展


水处置中的活性炭次要有粉末炭和粒状炭两类。粉末炭采用 混悬接触吸附方式,次要以搅拌池吸附的方式使用;而粒状炭则 采用过滤吸附方式,通常采用固定床的方式,如活性炭滤池等。 粒状炭较之粉末炭具有可再生性好和抗搅扰力强的优点。近 开展起来的另外一种叫做活性炭纤维,它是一种功能优于粉状炭 和粒状炭的高效活性吸附资料 [4]。活性炭纤维可方便地加工爲毡、 布、纸等各种不同的外形,制造的净水安装高效牢靠、处置量大、
构造紧凑,但价钱较高。

上面将从被处置水的来源的角度来引见活性炭吸附技术在水 处置中的使用:


2.1 活性炭吸附法在净化水源污染中的使用 普通的给水污染工艺,对一些净化物如病毒、无机化合物不 能无效去除。由于活性炭对水中微量无机物具有杰出的吸附特性, 所以早在20年代末30年代初欧美国度就开端用粉状活性炭去除 水中的臭、味等。

粉状活性炭适用于含低浓度无机物和氨的净化水源的除臭、 除味,尤其适用于时节性短期顶峰负荷的净化水源的污染 [5]。粉 状炭普通以 5 ~ 10% 的悬浮液投加,其投加量依据原水的水质而 异,并与水处置厂的流程有关。普通状况下投加剂量爲3~10mg/l。 接触工夫普通爲 15 ~ 30min。投加点可在原水泵左近或廓清池之 前。因其可再生性差和抗搅扰才能弱的缘故,对净化较严重的水 源及临时运用时,应逐步由粒状炭替代。在给水处置中,粒状活 性炭多以吸附柱或吸附塔的方式来使用,当吸附饱和后,经过再 生以恢复其吸附才能。由于在新建或扩建现有水厂时,增设活性 炭吸附过滤安装需求少量的基建费用和一定的修建面积,因而在 欧美国度的许多水厂中用粒状活性炭取代砂滤池中的砂。


2.2 活性炭吸附法在城市污水中的使用

由于惯例的二级污水处置工艺处置后仍有些杂质不能被生物分解,出水达不到排放规范。并且在一些水资源极度缺乏的地域, 需求思索到污水的回用,对排放水质的要求进一步进步。因而用 活性炭吸附技术去除污水中剩余的溶解性无机物和其他杂质,已 成爲城市污水、工业废水深度处置的无效手腕。 由二沉池流出的二级处置水普通经过砂滤 - 活性炭吸附 - 氯 消毒的处置流程,即可到达回用的规范。用活性炭吸附法处置二 级处置水的操作,普通在吸附塔内停止。其运转方式有静态运转 单塔、多塔串联运转、多塔并联运转、延续运转单塔等。


2.3 活性炭吸附法在工业废水处置中的使用 工业废水的品种单一、成分复杂,因而工业废水的处置办法 应该因处置对象的不同而异。活性炭在工业废水处置中,次要作 爲固体吸附剂,普通使用于含油污水、印染废水、含铬、汞废水、 含氰废水等含重金属或大分子无机物废水处置中。


3、活性炭吸附组合工艺的使用及开展


活性炭吸附技术可以无效去除水中净化物,但其制水本钱相 对较高,而且其微孔构造不利于大分子无机净化物的去除,其广 泛使用遭到了一定的限制。因而,活性炭吸附与其他水处置技术 的结合使用,往往可以发生更好的处置效果。上面将引见几种常 见的活性炭吸附组合工艺:


3.1 臭氧 - 活性炭组合工艺 臭氧作爲强氧化剂,能使水中大分子无机物分解爲小分子有 机物,进步无机物进入活性炭微孔外部的能够性,充沛发扬活性炭的吸附外表,延伸活性炭的运用周期。同时臭氧还发扬了活性 炭所不具有的杀菌作用。而活性炭则能无效吸附臭氧在氧化进程 中发生的少量两头产物,包括处理臭氧无法去除的三卤甲烷及其 前驱物质,并保证了后出水的生物波动性。因而,臭氧-活性 炭组合工艺自 1961 年开端运用以来,在世界兴旺国度失掉了普遍使用。


3.2 高锰酸钾 - 活性炭组合工艺 高锰酸钾也是强氧化剂,能降解无机物、抑制藻类生长,随 着投加量的添加和接触工夫的延伸,其水处置效果较爲理想。而 粉末活性炭对水中小分子无机物 ( 分子量< 3000) 有很好的吸附作 用,有利于净水进程中去除色味。故常将两者组合用于惯例净水 工艺流程中。


3.3 生物活性炭法 生物活性炭技术是以粒状活性炭爲载体,经过富集或人工固 化微生物,在活性炭外表构成生物膜,应用活性炭的吸附作用和 生物膜的生物降解作用共同去除水中净化物。与普通生物法相 比,在相反的 hrt 下净化物停留工夫更长,因此处置效果更好。 同时,微生物的降解也能使活性炭再生,再生率高达 20%左右。 而活性炭也可加重废水中无害物质对微生物的影响,从而消弭微 生物降解的不利影响。但是,在运用该技术停止饮用水深度处置 时应防止预氯化处置,否则微生物不能在活性炭上生长。


3.4 粉末活性炭 - 活性污泥组合工艺 该工艺是将粉末活性炭投加到活性污泥曝气池中,构成生物 活性炭,应用吸附、降解协同作用去除无机净化物。它一方面可 去除活性污泥法难以去除的无机物,进步活性污泥的去除效率; 另一方面使活性污泥具有优秀的压密性,从而克制了污泥收缩。


3.5 活性炭 - 超滤组合工艺 超滤膜过滤工艺的明显优点是能无效去除水中的病原菌,但 其顺手的成绩是膜阻塞和膜净化。活性炭 - 超滤膜组合工艺克 服了单一处置办法的弱点:在组合工艺中,应用活性炭对进水前 处置,可以去除各类无机化合物、水中大局部的浊度和色度,这 爲后续膜过滤提供了保证,从而缓解膜阻塞和膜净化成绩,延伸 膜的运用寿命;用膜停止后处置则能无效处理出水中的细菌成绩, 保证出水水质。 3.6 活性炭电解法 活性炭电解法是应用活性炭的导电性将其作爲电极,先使活 性炭吸附净化物,再经过其电解作用停止氧化降解以去除水中杂 质,是絮凝反响与自在基反响相结合的进程。活性炭的强吸附能 力能大大进步氧化性产物的应用效率,在相反条件下,活性炭固 定床电解槽与普通电解槽相比,可节省电耗 30%~ 40%。


除了上述活性炭组合工艺外,还有诸如活性炭-tio2 联用技术、 负载活性炭催化氧化法、活性炭 - 反浸透、活性炭 -mbr 等新的组 合工艺,这些工艺曾经在水处置理论中得以使用,并证明是行之有 效的,它们将随着水处置技术的开展而不时被改良和创新。


4、小结


活性炭吸附在水处置使用中次要具有如下优点:

(1)活性炭对水中净化物有杰出的吸附才能,对用生物法和 其他办法难以去除的无机净化物和重金属有较好的吸附去除效果;

(2)活性炭对水质、水温及水质变化具有较强的抗冲击负荷 才能,因此易于控制与管理;

(3)活性炭吸附的“宝贵”无机净化物和重金属易于回收利 用,且活性炭自身也能脱附再生。 但是,目前我国的活性炭供给比拟紧张,再生费用较高,这 大大进步了制水本钱,从而限制活性炭的普遍运用。爲进一步提 高去除无机净化物的效率,改善出水水质,活性炭吸附组合工艺 在水处置中失掉较好的使用和开展。可以预测:活性炭吸附组合 工艺将逐渐取代单纯活性炭吸附,成爲水处置行业中的一种开展 趋向。