活性炭在水處理中的應用

活性炭在水處理中的應用

1活性炭吸附法活性物質表面的物理吸附性能主要與活性物質的比表和間隙結構有關?；钚蕴靠妆诘目偙砻娣e一般高達500~1700m2/g,與其他吸附材料相比,具有小微孔(半徑為<0.02nm)特別發(fā)達的特征,這也是活性炭吸附能力強、吸附容量大的主要原因。其中小微孔決定了活性炭的總比表面積;過渡孔(半徑為0.02~1nm)起著重要的通道作用;大微孔(半徑為1~100nm)則是該吸附材料微觀體系的入口?；钚蕴勘砻娴幕瘜W性質主要由表面的化學官能團的種類與數(shù)量、表面雜原子和化合物確定。活性炭表面官能團一般分為含氧官能團和含氮官能團。含氧官能團主要有酚羥基、羧基、羰基、內酯基、嘧啶等;含氮官能團可能存在形式有酰胺、酰亞胺、乳胺基、類毗咯基等。含氧官能團又分為酸性和堿性含氧官能團,酸性基團有羧基、酚羥基、醌型羰基、正內酯基及環(huán)式過氧基等,其中羧基、酚羥基及內酯基為主要酸性氧化物,堿性表面的獲得一般歸因于表面酸性化合物的缺失或堿性含氧、氮官能團的增加。2用碳硅處理2.1粉末活性炭當前,我國城市自來水廠一般采用的是氯氧化消毒工藝,該項工藝在保證飲用水水質方面起到了重要作用,但它不能有效地去除水源水中微量可溶性有機污染物,并且其氯化消毒工藝過程中又產(chǎn)生了許多鹵代有機物,其中有許多為致癌、致畸、致突變的三致物質。張林軍等在粉末活性炭在凈水工程中的應用中得出,粉末活性炭對降低受污染源水的色度、揮發(fā)酚、臭和味等有很好的作用,對CODMn也有較好的去除效果。劉白倉等在粉末活性炭吸附去除原水中有機物的研究中得出,經(jīng)粉末活性炭吸附后原水中的環(huán)境優(yōu)先控制有機物的種類并沒有減少,但總量明顯降低,去除率為83%,認為投加粉末活性炭是去除環(huán)境優(yōu)先控制有機物的關鍵措施。2.2活性炭吸附法活性炭在工業(yè)廢水處理中的應用很廣泛。田園等針對橡膠促進劑生產(chǎn)廢水有機毒物含量高、成分復雜等特點,采用顆?；钚蕴繉ζ溥M行低濃度的吸附研究表明,廢水COD平均去除率達68%。張曉璇等利用活性炭吸附焦化廢水生物處理尾水中殘留的長鏈烴、鹵代物、多環(huán)芳烴等難降解有機物,得出酚羥基、羧基等極性基團含量少的活性炭或其他非極性有機吸附劑適合于處理該類廢水。在城市污水處理中,活性炭的應用有兩種方式:其一是城市污水的三級處理;其二是用于城市污水的物理化學處理,即化學混凝沉淀處理后,再用活性炭吸附,也有在混凝沉淀、過濾、消毒后,再用活性炭吸附。2.3mbr處理工藝技術的應用混凝—活性炭吸附工藝在凈水工程中的應用。地表水的前提有機物主要是腐殖酸和富里酸,它們與水形成大分子膠體溶液,經(jīng)混凝處理可有效地去除。活性炭吸附則能有效去除水中致突變前體物,因而對致突變前體物含量較高的水源水來說,活性炭吸附是保證飲水安全的重要工藝。臭氧—生物活性炭技術可以使水中一些原來不易生物降解的有機物變成可生物降解有機物。喬鐵軍等研究了深圳市梅林水廠臭氧/生物活性炭工藝的運行效果,生物活性炭濾池出水的濁度<0.10NTU,粒徑>2μm的顆粒數(shù)可以降低到50個/mL;對色度及嗅味的去除效果顯著,出廠水的嗅閾值<10,遠低于砂濾出水的100;臭氧氧化和活性炭過濾對CODMn的去除效果比較明顯,在砂濾出水的基礎上可再降低10%~62%(平均為34%);生物活性炭出水UV254值遠低于砂濾出水,對其平均去除率為73%。朱亮等在MBR中試的基礎上,向MBR反應器中投加粉末活性炭(PAC)構成MBR/PAC組合工藝并處理污水廠尾水。PAC能吸附并降解易引起膜污染的有機物,有效降低了膜污染,減緩了過膜壓力的增長趨勢,保護了膜組件,并且運行效果良好,MBR/PAC系統(tǒng)的出水,處理效果優(yōu)于MBR系統(tǒng)。另外,工業(yè)上還使用其他藥劑與活性炭聯(lián)合去除污染物,取得較好效果。SabirHussain等投加石灰石和活性炭的混合物,處理合成纖維廢水中的氨氮,當石灰石和活性炭比例為25∶15時,可以去除58%的氨氮,同時還節(jié)約了處理的成本。3問題和討論3.1活性炭去除有機物的效果根據(jù)資料,相對分子質量1000、3000、10000、和30000的超濾膜所對應的平均孔徑分別為12、13、15和22?。聶莉等試驗得出,粉末活性炭幾乎去除了全部相對分子質量<900的有機物,對900~3500區(qū)間的有機物也有很好的去除效果,但對相對分子質量>7000的有機物幾乎沒有去除。喬春光等試驗得出活性炭濾池對相對分子量為3000~10000的水體溶解性有機物(DOM)有較為有效的截留,而對相對分子量<1000的有機物處理效率有限?；钚蕴颗c沸石的同時使用可以更有效的去除水體中有機物,因為活性炭為疏水、非極性表面的吸附材料,對于大部分極性短鏈有機物以及大部分極性短鏈含氧有機物的前體物去除效果很差;沸石則為親水、極性表面的吸附材料,它對上述物質均具有良好的去除效果?；钚蕴康目卓煞譃?一級微孔(<8?)和二級微孔(8~20?),中孔(20~500?)和大孔(>500?),微孔在活性炭中占絕對數(shù)量。根據(jù)對水體有機污染物的分子量區(qū)間的分析,選擇合適材質的活性炭,如:椰殼炭(微孔多),杏殼炭(中孔多)等。3.2活性炭吸附水中有機物的篩選根據(jù)資料碘值表征孔徑為10?<d<14?,亞甲藍值為15?<d<28?,活性炭的細孔兩者大體上代表了活性炭95%表面面積。岳舜琳等指出在評價活性炭的吸附性能時,需要考慮其粒度對有機物去除的影響,驗證了活性炭的粒度與吸附水中有機物的負相關關系;在評價活性炭吸附水中有機物的相關性時,要用碘值及亞甲藍值之和。丁桓如等研究發(fā)現(xiàn),活性炭的比表面積、碘值、亞甲基藍吸咐值等一般吸咐性能指標與活性炭對天然水中有機物的吸咐能力之間相關性能不好,在選擇去除天然水中有機物的活性炭時不能用這些指標,提出采用測量活性炭對水中四種典型有機物(腐殖酸、富里酸、木質素、丹寧)的吸附容量和吸附速度方法,反映活性炭對天然水中有機物吸附性能的好壞,用于篩選吸附天然水中有機物的水處理用活性炭。因此需根據(jù)處理對象的有機物形態(tài),來選擇適當?shù)奈叫阅苤笜?對活性炭進行篩選,以免造成浪費。3.3表面活性劑的化學改性3.3.1活性炭表面改性活性炭屬于非極性吸附材料,由于它的疏水性,使它能在水溶液中有效地吸附各種非極性有機物質,但在水溶液中吸附具有一定極性的污染物就有困難?；钚蕴勘砻婀倌軋F使活性炭與吸附質分子發(fā)生化學作用,顯示出活性炭的選擇吸附性,使活性炭表面呈現(xiàn)很高的活性,因此可以對活性炭表面進行改性。范延臻等研究發(fā)現(xiàn),通過硝酸氧化可以增加活性炭表面酸性基團的含量,致使活性炭表面的親水性增強,而去除水中的有機污染物為目的的活性炭表面改性的研究方向應為:減少表面內酯基及羧基等含氧官能團的含量,增加活性炭表面的疏水性。SuWei等用HF或NH3·H2O處理活性炭會增強其對氫吸附的性能。3.3.2含氧酸性物發(fā)生的活性炭吸附法劉守新等研究表明,HNO3液相氧化處理可使活性炭表面生成帶正電含氧酸性官能團,然后利NaOH使活性炭表面酸性官能團H+部分被Na+取代,使活性炭表面酸性降低,得到表面較多的含氧酸性官能團和適宜的表面pH值的活性炭,其吸附Cr6+的性能大大提高。ChenPaulJ等使用檸檬酸對活性炭進行改性,研究結果表明,當吸附達到平衡時,用檸檬酸進行改性的活性炭比未改性的活性炭吸附水中銅離子效率高140%,大幅提高了活性炭對水中銅離子的吸附效果。3.4活性炭的再生技術劉輝等采用生物活性炭(BAC)對微污染原水進行了處理,試驗表明,采用碘值與亞甲藍值作為炭柱運行的控制指標是欠妥的,應該根據(jù)活性炭在這一工藝中所起的作用來確定失效指標,可將對CODMn、UV254的去除率作為判斷活性炭運行是否失效的兩個重要指標?；钚蕴康脑偕夹g既能節(jié)約成本又能避免廢棄活性炭對環(huán)境造成污染,同時活性炭解吸后能獲得有價值的吸附質,具有一定的經(jīng)濟效益。EwaOkoniewska等研究表明,用KMnO4溶液再生吸附Mn(II)達到飽和的活性炭時,當KMnO4溶液濃度為6.4%,浸漬時間為1h時,去除水中的Mn(II)效果,較其他浸漬濃度再生的活性炭去除效果好。目前顆粒活性炭的再生技術較好,有關粉末活性炭再生分離的技術較少報道。4活性炭的選擇活性炭是一種吸附性能良好的吸附劑,具有穩(wěn)定的物理化學性能、機械強度高、使用失效后易再生等特點,在水處理應用中需注意:(1)不同材