活性炭在水處理中的應(yīng)用

活性炭在水處理中的應(yīng)用

1活性炭吸附法活性物質(zhì)表面的物理吸附性能主要與活性物質(zhì)的比表和間隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。活性炭孔壁的總表面積一般高達(dá)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(dá)的特征,這也是活性炭吸附能力強(qiáng)、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(xué)性質(zhì)主要由表面的化學(xué)官能團(tuán)的種類與數(shù)量、表面雜原子和化合物確定?；钚蕴勘砻婀倌軋F(tuán)一般分為含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)。含氧官能團(tuán)主要有酚羥基、羧基、羰基、內(nèi)酯基、嘧啶等;含氮官能團(tuán)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(tuán)又分為酸性和堿性含氧官能團(tuán),酸性基團(tuán)有羧基、酚羥基、醌型羰基、正內(nèi)酯基及環(huán)式過氧基等,其中羧基、酚羥基及內(nèi)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(tuán)的增加。2用碳硅處理2.1粉末活性炭當(dāng)前,我國城市自來水廠一般采用的是氯氧化消毒工藝,該項(xiàng)工藝在保證飲用水水質(zhì)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(jī)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(jī)物,其中有許多為致癌、致畸、致突變的三致物質(zhì)。張林軍等在粉末活性炭在凈水工程中的應(yīng)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(jī)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(jī)物的種類并沒有減少,但總量明顯降低,去除率為83%,認(rèn)為投加粉末活性炭是去除環(huán)境優(yōu)先控制有機(jī)物的關(guān)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(yīng)用很廣泛。田園等針對橡膠促進(jìn)劑生產(chǎn)廢水有機(jī)毒物含量高、成分復(fù)雜等特點(diǎn),采用顆?；钚蕴繉ζ溥M(jìn)行低濃度的吸附研究表明,廢水COD平均去除率達(dá)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(jī)物,得出酚羥基、羧基等極性基團(tuán)含量少的活性炭或其他非極性有機(jī)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(yīng)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(xué)處理,即化學(xué)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(shù)的應(yīng)用混凝—活性炭吸附工藝在凈水工程中的應(yīng)用。地表水的前提有機(jī)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?；钚蕴课絼t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(shù)可以使水中一些原來不易生物降解的有機(jī)物變成可生物降解有機(jī)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(yùn)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(gè)/mL;對色度及嗅味的去除效果顯著,出廠水的嗅閾值<10,遠(yuǎn)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(chǔ)上可再降低10%~62%(平均為34%);生物活性炭出水UV254值遠(yuǎn)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(chǔ)上,向MBR反應(yīng)器中投加粉末活性炭(PAC)構(gòu)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(jī)物,有效降低了膜污染,減緩了過膜壓力的增長趨勢,保護(hù)了膜組件,并且運(yùn)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(dāng)石灰石和活性炭比例為25∶15時(shí),可以去除58%的氨氮,同時(shí)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(jī)物的效果根據(jù)資料,相對分子質(zhì)量1000、3000、10000、和30000的超濾膜所對應(yīng)的平均孔徑分別為12、13、15和22?。聶莉等試驗(yàn)得出,粉末活性炭幾乎去除了全部相對分子質(zhì)量<900的有機(jī)物,對900~3500區(qū)間的有機(jī)物也有很好的去除效果,但對相對分子質(zhì)量>7000的有機(jī)物幾乎沒有去除。喬春光等試驗(yàn)得出活性炭濾池對相對分子量為3000~10000的水體溶解性有機(jī)物(DOM)有較為有效的截留,而對相對分子量<1000的有機(jī)物處理效率有限?；钚蕴颗c沸石的同時(shí)使用可以更有效的去除水體中有機(jī)物,因?yàn)榛钚蕴繛槭杷?、非極性表面的吸附材料,對于大部分極性短鏈有機(jī)物以及大部分極性短鏈含氧有機(jī)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(zhì)均具有良好的去除效果。活性炭的孔可分為: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(jī)污染物的分子量區(qū)間的分析,選擇合適材質(zhì)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(jī)物的篩選根據(jù)資料碘值表征孔徑為10?<d<14?,亞甲藍(lán)值為15?<d<28?,活性炭的細(xì)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(jià)活性炭的吸附性能時(shí),需要考慮其粒度對有機(jī)物去除的影響,驗(yàn)證了活性炭的粒度與吸附水中有機(jī)物的負(fù)相關(guān)關(guān)系;在評價(jià)活性炭吸附水中有機(jī)物的相關(guān)性時(shí),要用碘值及亞甲藍(lán)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(lán)吸咐值等一般吸咐性能指標(biāo)與活性炭對天然水中有機(jī)物的吸咐能力之間相關(guān)性能不好,在選擇去除天然水中有機(jī)物的活性炭時(shí)不能用這些指標(biāo),提出采用測量活性炭對水中四種典型有機(jī)物(腐殖酸、富里酸、木質(zhì)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(jī)物吸附性能的好壞,用于篩選吸附天然水中有機(jī)物的水處理用活性炭。因此需根據(jù)處理對象的有機(jī)物形態(tài),來選擇適當(dāng)?shù)奈叫阅苤笜?biāo),對活性炭進(jìn)行篩選,以免造成浪費(fèi)。3.3表面活性劑的化學(xué)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(jī)物質(zhì),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(tuán)使活性炭與吸附質(zhì)分子發(fā)生化學(xué)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(jìn)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(tuán)的含量,致使活性炭表面的親水性增強(qiáng),而去除水中的有機(jī)污染物為目的的活性炭表面改性的研究方向應(yīng)為:減少表面內(nèi)酯基及羧基等含氧官能團(tuán)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(qiáng)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(tuán),然后利NaOH使活性炭表面酸性官能團(tuán)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(tuán)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(jìn)行改性,研究結(jié)果表明,當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí),用檸檬酸進(jìn)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(shù)劉輝等采用生物活性炭(BAC)對微污染原水進(jìn)行了處理,試驗(yàn)表明,采用碘值與亞甲藍(lán)值作為炭柱運(yùn)行的控制指標(biāo)是欠妥的,應(yīng)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(biāo),可將對CODMn、UV254的去除率作為判斷活性炭運(yùn)行是否失效的兩個(gè)重要指標(biāo)?；钚蕴康脑偕夹g(shù)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(shí)活性炭解吸后能獲得有價(jià)值的吸附質(zhì),具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。EwaOkoniewska等研究表明,用KMnO4溶液再生吸附Mn(II)達(dá)到飽和的活性炭時(shí),當(dāng)KMnO4溶液濃度為6.4%,浸漬時(shí)間為1h時(shí),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(shù)較好,有關(guān)粉末活性炭再生分離的技術(shù)較少報(bào)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(xué)性能、機(jī)械強(qiáng)度高、使用失效后易再生等特點(diǎn),在水處理應(yīng)用中需注意:(1)不同材