粉末活性炭在凈水處理中的應(yīng)用研究(一)(20210328215847)

1、粉末活性炭在凈水處理中的應(yīng)用研究 (一 )摘要： 國外利用粉末活性炭去除水中有機物、 除色、除嗅味物質(zhì)己取得成功的經(jīng)驗與較好的去除效果。如上世紀(jì)2 0年代美國芝加哥，已成功利用粉末活性炭與慢砂過濾工藝相結(jié)合， 防預(yù)了飲用水的氯酚污染；在東普魯士早已利用粉末活性炭消除季節(jié)性的原水藻類異味等。 認(rèn)為雖然顆?；钚蕴磕鼙ＷC良好的工藝性，但吸附循環(huán)的較短時間仍是粉末活性炭的優(yōu)點。 國內(nèi)利用粉末活性炭去除污染物正處于研究之中，目前實際的應(yīng)用仍然不多。關(guān)鍵詞：粉末活性炭吸附投加編者按： 由澳門自來水有限公司、 中國水協(xié)科技委、 中法水務(wù)投資有限公司和法國蘇伊士集 團(tuán)主辦的水質(zhì)技術(shù)發(fā)展研討會最近在澳門舉行。

2、研討會共收到論文20余篇， 中外水業(yè)專家、 學(xué)者就微污染水源水紫外線預(yù)處理滅藻技術(shù)、 粉末活性炭在凈水處理中的應(yīng)用、 改進(jìn)清水池 設(shè)計以提高消毒效率及減少消毒副產(chǎn)物等課題進(jìn)行了探討， 對行業(yè)水質(zhì)技術(shù)的提高具有積極 的推動作用。由于版面有限，本報選擇篇幅較短小的論文刊發(fā)，以饗行業(yè)讀者。 國外利用粉末活性炭去除水中有機物、 除色、除嗅味物質(zhì)己取得成功的經(jīng)驗與較好的去除效 果。如上世紀(jì)2 0年代美國芝加哥， 已成功利用粉末活性炭與慢砂過濾工藝相結(jié)合，防預(yù)了飲用水的氯酚污染； 在東普魯士早已利用粉末活性炭消除季節(jié)性的原水藻類異味等。認(rèn)為雖然顆?；钚蕴磕鼙ＷC良好的工藝性， 但吸附循環(huán)的較短時間仍是粉末活

3、性炭的優(yōu)點。國內(nèi)利用粉末活性炭去除污染物正處于研究之中， 目前實際的應(yīng)用仍然不多。 粉末活性炭的投加量 與水的濁度、 臭味物質(zhì)的濃度有關(guān)， 投加量應(yīng)根據(jù)水質(zhì)的特點試驗確定。 研究的關(guān)鍵是如何 根據(jù)自身企業(yè)的實際情況， 致突變污染物的組成， 不同水源水廠不同工藝配置的特點， 進(jìn)行 大量的室內(nèi)外試驗， 尋找相適應(yīng)的投加工藝和投加碳的品種， 以期建立相對經(jīng)濟、 簡單易行 的投加粉末活性炭工藝。一、粉末活性炭的凈水效能研究 粉末活性炭吸附水中溶質(zhì)分子是一個復(fù)雜的過程， 是幾種力綜合作用的結(jié)果， 包括離子吸引 力、范德華力、 化學(xué)雜和力。根據(jù)吸附的雙速率擴散理論認(rèn)為，吸附是一個由迅速擴散和緩 慢擴散兩階

4、段構(gòu)成的雙速過程， 迅速擴散在數(shù)小時內(nèi)即完成， 發(fā)揮了6 0%80%活性炭 的吸附容量。 迅速擴散是溶質(zhì)分子在碳粒內(nèi)沿徑向均勻分布的阻力小的大孔隙中擴散的過程。 這些大孔隙產(chǎn)生徑向的擴散阻力。 當(dāng)分子從大孔進(jìn)一步進(jìn)入與大孔相通的微孔中擴散時， 由 于受到狹窄孔徑所產(chǎn)生的很大阻力， 從而極為緩慢。 微孔也是在碳粒內(nèi)均勻分布， 但不構(gòu)成 徑向的擴散阻力。影響粉末活性炭吸附的因素涉及溶質(zhì)分子極性、分子量大小、空間結(jié)構(gòu)， 這一點取決于水源水質(zhì)的特征?；钚蕴繉Σ煌奈镔|(zhì)分子具有選擇吸附性。(一)投加工藝的選擇 國外專家曾對粉末活性炭的應(yīng)用情況進(jìn)行分析研究， 認(rèn)為粉末活性炭對人工合成化學(xué)物的吸 附去除主要

5、取決于該化合物的類型。在選擇投加點時，必須考慮混合程度和處理接觸時間， 盡量減少水處理藥劑對吸附的干擾。 根據(jù)國內(nèi)某水廠近年應(yīng)用粉末活性炭的經(jīng)驗認(rèn)為， 對于 有生活污水、工業(yè)污水的排放， 造成水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水體藻類等微生物急劇繁殖等，屬 于污染較嚴(yán)重、 較為復(fù)雜的水源；枯水期時常散發(fā)成分復(fù)雜的異臭、異味，再加上取水河段為潮感河流，污水回蕩時間長， 污染造成的危害較大。選取投加粉末活性炭工藝時，主要考 慮：(1) 投加點要有充足的攪拌條件，使粉末活性炭能快速與處理水有良好的混合接觸。(2) 盡量延長粉末活性炭與水體接觸吸附時間， 充分利用粉末活性炭的吸附能力， 提高吸 附率。(3) 盡量選取

6、粒徑小的粉末活性炭， 使同等重量的活性炭吸附面積相對大；選取中孔較發(fā)達(dá)的木質(zhì)活性炭，力求提高活性炭對有機物的吸附效能。(4) 盡量減小水處理過程中的化學(xué)藥品干擾，如氯、高錳酸鉀、混凝劑等。(5) 要根據(jù)投加量的多少、場地條件選取干式或濕式投加。(6) 根據(jù)水質(zhì)污染狀態(tài)確定投加量。投加量從5 30mg/L不等。某水廠投加粉末活性炭工藝如下：(二)投加粉末活性炭明顯改善出水水質(zhì)(1) 投加粉末活性炭對去除色度有明顯效果。色度的去除有報道可達(dá)7 0%,色度低表明去除有機物的效率高， 除鐵、錳的效果好。 但去除色度的效果并沒有和投加活性炭量成正比， 其復(fù)雜的機理,還有待下一步研究。(2) 投加粉末活性

7、炭對去除嗅味有明顯效果。南方某水體的富營養(yǎng)化水體不僅是藻類繁殖和殺滅過程產(chǎn)生的異臭, 還面對復(fù)雜的工業(yè)排污污染, 水體長期酚類物質(zhì)的異常濃度所引起 的異臭。 由于致臭物質(zhì)的動態(tài)性和不確定性, 故臭味的定量分析成為十分艱難的課題, 設(shè)想 要經(jīng)過多年對特定水體的調(diào)查研究, 設(shè)立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型, 設(shè)立相應(yīng)的分析方法, 才能逐步 解決。 目前臭味的檢測一般是用人的感官去鑒定, 人為的誤差較大。 除臭是粉末活性炭去除 污染物的一個重要的綜合評價指標(biāo),也是供水行業(yè)目前面臨的確保飲用水安全的極其重要、 難度相當(dāng)大的感官指標(biāo)。(3) 投加活性炭有助于去除陰離子洗滌劑。國內(nèi)外化工行業(yè)早已有利用粉末活性炭，來凈化

8、去除工業(yè)廢水中的洗滌劑的工藝。 也是粉末活性炭去除較大分子合成有機物的一個評價指標(biāo)。(4) 投加活性炭有助于對藻類的去除。投加了粉末活性炭阻隔了藻類的光吸收，同時在濁度較低的水源中有明顯的助凝作用, 有助于在混凝沉淀中去除藻類。 如應(yīng)用投加粉末活性炭、 聚丙烯酰胺助凝、高錳酸鉀氧化的聯(lián)合協(xié)同作用， 嚴(yán)格控制沉淀池出水濁度為1NTU以下，則藻類的去除率可高達(dá)95%98%。(5) 投加粉末活性炭使化學(xué)耗氧量(CODmn和CODcr)、五日生化需氧(BOD5)量大大降低, 這些與水體有機污染程度正相關(guān)的表征指標(biāo)的下降, 表明了水體有毒有害 物質(zhì)的去除程度。(6) 投加粉末活性炭對酚類的去除有良好的效

9、果。上世紀(jì)30 年代,國外已有采用粉末活性炭吸附焦化廠廢水中苯酚的工藝。 根據(jù)水廠的應(yīng)用經(jīng)驗, 認(rèn)為在原水揮發(fā)性酚在0 00 5mg/L以下，投加粉末活性炭20mg/L以下，可以有效地去除； 若原水揮發(fā)性酚在0.0 0 5 mg/L以上，0 .01mg/L以下，可明顯減低出廠水揮發(fā)性酚含量；但原水揮發(fā)性酚大于0. 0 1mg/L時，單靠投加粉末活性炭， 難以得到良好的去除效果。粉 末活性炭對酚類的去除效果， 是綜合評價吸附能力的重要指標(biāo)， 對于酚類污染嚴(yán)重的水體尤 為重要。(7) 投加活性炭粉時出水濁度的影響。 投加活性炭后由于活性炭比重大， 并具有良好吸附性能， 吸附在絮狀物上， 增加絮狀物

10、的比重， 使水中相當(dāng)部分有機物得到去除，具有良好的 助凝性能。 對于某濁度低，絮狀物由于有機膠體過多而輕浮的水體，助凝效果較顯著。投加粉末活性炭后， 沉淀池、 濾池出水濁度大幅度下降，自來水水質(zhì)大幅度提高。沉淀池出水濁 度下降近60%， 出廠水出水濁度下降近70%。 但粉末活性炭投量大時， 會發(fā)生微小碳粒 穿透濾池的現(xiàn)象，影響出水濁度，所以當(dāng)投加量大時，要嚴(yán)格控制好濾速和濾池出水濁度。(8) 投加粉末活性炭對水體致突變性的影響水體致突變性用Ames試驗檢驗，試驗菌種為TA98、TA100,用XAD樹脂吸附水樣中致突變有機物， 洗脫物用平皿滲入法作三個濃度檢驗， 用突變菌落數(shù)和對應(yīng)的受試物 濃度作回歸曲線， 以突變菌落數(shù)為自發(fā)回變菌落數(shù)兩倍時的對應(yīng)水樣體積作為該水樣的最低 致突變劑量。比較各水樣的最低致突變劑量可知其所含致突變有機物的多少。某水廠水源常年致突變試驗呈陽性， 常規(guī)處理加氯消毒后致突變性一般會增加； 投加粉末活 性炭后， 首次出現(xiàn)出廠水致突變?yōu)殛幮浴?這不得不歸功于粉末活性炭對有機污染物的有效去除，從而證明投加粉末活性炭，是常規(guī)工藝改善飲用水水質(zhì)的簡捷途徑。投加粉末活性碳后，水體相當(dāng)部分有