活性炭吸附技术在水处理中的应用学术论文.docVIP

活性炭吸附技术在水处理中的应用 王丁明1，曹国凭，贾云飞2，刘鹏程1 (1：河北联合大学建筑工程学院，唐山 063009；2：中国石油冀东油田分公司油建公司，唐山 063200) 摘要：概述活性炭的特性及其吸附机理，介绍活性炭吸附技术及其组合工艺在国内外水处理中的应用和发展，总结它在应用中的优缺点并预测其前景和发展方向。 关键词：水处理，活性炭吸附，组合工艺 1 引言 由于活性炭能有效地去除水的臭与味、以及大部分有机物和某些无机物，活性炭吸附技术已成为污染水源净化和城市污水、工业废水深度处理的有效手段[1]。本文将阐述活性炭的特性及其吸附机理，介绍活性炭吸附技术及其组合工艺在国内外水处理中的应用和发展，总结其应用中的优缺点并预测其前景和发展方向。 2 活性炭的特性及其吸附机理 2.1活性炭的特性 活性炭是一种暗黑色含炭物质，具有发达的微孔构造和巨大的比表面积。它化学性质稳定，可耐强酸强碱，具有良好吸附性能，是多孔的疏水性吸附剂。活性炭最初用于制糖业，后来广泛用于去除受污染水中的有机物和某些无机物。它几乎可以用含有碳的任何物质做原材料来制造，其制备过程主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材料加热，一般温度在600oC以下；活化是在有氧化剂的作用下，对碳化后的材料加热，以生产活性炭产品。 2.2活性炭的吸附机理 活性炭在制造过程中，其挥发性有机物被去除，晶格间生成空隙，形成许多形状各异的细孔。其孔隙占活性炭总体积的70%～80%，每克活性炭的表面积可高达500～1700平方米，但99.9％都在多孔结构的内部。活性炭的极大吸附能力即在于它具有这样大的吸附面积。活性炭的孔隙大小分布很宽，从 10-1nm到104nm以上，一般按孔径大小分为微孔、过渡孔和大孔。在吸附过程中，真正决定活性炭吸附能力的是微孔结构。活性炭的全部比表面几乎都是微孔构成的，粗孔和过渡孔只起着吸附通道作用，但它们的存在和分布在相当程度上影响了吸附和脱附速率。 研究表明[2]：在吸附过程中发生溶质由溶剂向活性炭吸附剂表面的质量传递，推动力可以是溶质的疏水特性或溶质对吸附剂表面的亲和性，或两者均存在。在水处理中通过活性炭吸附而被去除的物质一般为兼有疏水基团与亲水基团的有机化合物。溶质对吸附剂表面的亲和力可分为两类：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。严格地说，活性炭吸附是一个很复杂的过程。它是利用活性炭的物理吸附、化学吸附、交换吸附以及氧化、催化氧化和还原等性能去除水中污染物的水处理方法。 3 活性炭吸附技术在水处理中的应用及发展 水处理中的活性炭主要有粉末炭和粒状炭两类。粉末炭采用混悬接触吸附方式，主要以搅拌池吸附的形式应用；而粒状炭则采用过滤吸附方式，通常采用固定床的形式，如活性炭滤池等。粒状炭较之粉末炭具有可再生性好和抗干扰力强的优点[3]。最近发展起来的另外一种叫做活性炭纤维，它是一种性能优于粉状炭和粒状炭的高效活性吸附材料[4]。活性炭纤维可方便地加工为毡、布、纸等各种不同的形状，制造的净水装置高效可靠、处理量大、结构紧凑，但价格较高。 下面将从被处理水的来源的角度来介绍活性炭吸附技术在水处理中的应用: 3.1活性炭吸附法在污染水源净化中的应用 普通的给水净化工艺，对一些污染物如病毒、有机化合物不能有效去除。由于活性炭对水中微量有机物具有卓越的吸附特性，所以早在20年代末30年代初欧美国家就开始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有机物和氨的污染水源的除臭、除味，尤其适用于季节性短期高峰负荷的污染水源的净化[5]。粉状炭一般以5～10%的悬浮液投加，其投加量根据原水的水质而异，并与水处理厂的流程有关。一般情况下投加剂量为3～10mg/L。接触时间一般为为15～30min。投加点可在原水泵附近或澄清池之前。因其可再生性差和抗干扰能力弱的缘故，对污染较严重的水源及长期使用时，应逐渐由粒状炭代替。在给水处理中，粒状活性炭多以吸附柱或吸附塔的形式来应用，当吸附饱和后，通过再生以恢复其吸附能力。由于在新建或扩建现有水厂时，增设活性炭吸附过滤装置需要大量的基建费用和一定的建筑面积，因此在欧美国家的许多水厂中用粒状活性炭取代砂滤池中的砂。 3.2 活性炭吸附法在城市污水中的应用 由于常规的二级污水处理工艺处理后仍有些杂质不能被生物分解，出水达不到排放标准。并且在一些水资源极度缺乏的地区，需要考虑到污水的回用，对排放水质的要求进一步提高。因此用活性炭吸附技术去除污水中剩余的溶解性有机物和其他杂质，已成为城市污水、工业废水深度处理的有效手段。 由二沉池流出的二级处理水一般经过砂滤-活性炭吸附-氯消毒的处理流程，即可达到回用的标准。用活性炭吸附法处理二级处理水的操作，一般在吸附