粉末活性炭在饮用水处理中应用的研究进展
王文清,高乃云,刘宏,王永
(同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
摘要:介绍了粉末活性炭(PAC)的基本性质,并对其在饮用水处理应用中的重要影响因素进行了探讨;综述了PAC 去除原水中嗅味物质、藻毒素、消毒副产物前驱物以及农药等痕量有机污染物的研究现状;分析了粉末活性炭 (PAC)与其他工艺的组合技术在饮用水处理中的应用效果,并对其应用前景做出展望。
关键词:粉末活性炭(PAC);组合技术;饮用水;净化;吸附
中图分类号:X131·2 文献标识码:A 文章编号: 1001-3644(2008)05-0084-05
1 引言
活性炭在水处理中的应用已有悠久的历史[1]。据记载,原捷克斯洛伐克在1925年率先在水处理中使用活性炭。到了20世纪50年代以后,活性炭主要用于去除水中天然或加氯后产生的异嗅和异味。到1970年,法国的大型水厂引入粉末活性炭 (PAC)处理工艺。由于活性炭能有效去除污水中大部分有机物和某些无机物,因此, 20世纪60年代初,欧美各国开始大量使用活性炭吸附法处理饮用水和工业废水,而日本到1963年已普遍实现用粉末活性炭(PAC)净化饮用水。目前给水处理中应用粉末活性炭(PAC)已成为深度处理和微污染水处理的有效手段。
2 PAC的基本性质
PAC是由无定形炭和不同数量灰分共同构成的一种吸附剂,其微孔结构发达,内外比表面大, 吸附性能优良,可有效去除嗅、味、色度、氯化有机物、农药、天然有机物及人工合成有机物,且生产方便。PAC制造分成炭化和活化两步。炭化是在温度小于600℃的条件下,隔绝空气加热原材料,通过炭化去除大部分挥发成分,是原材料裂解成碎片,再组成稳定的新结构。通过活化,烧掉炭化时吸附的炭氢化合物及孔隙边缘炭原子,使活性炭孔隙结构发达,成为一种有多孔结构的炭[1]。
根据X射线分析,活性炭的结构由许多石墨型层状结构的微晶不规则集合而成。微晶的各层是以六个炭所组成的圆环为母体,但是有些部位上可以看到,炭原子之间的共价键已经断裂,特别是在层的边缘部位还有许多非结晶结构,这样的非结晶部位容易进行化学反应。微晶按三维空间连接时, 在微晶之间所形成的空隙,是活性炭具有微孔结构的基础。这样,活性炭的多孔性使活性炭具有极大的内表面积,而非结晶部位更加强了他对外界物质的吸附作用[1]。PAC吸附分物理吸附和化学吸附两种,物理吸附和化学吸附的比较见下表[1]。
3 PAC在饮用水处理应用中的重要影响因素
水厂在使用PAC时应注意最佳炭种选择、投加点选取以及投加量确定这三个重要问题。
3·1 炭种选择
粉末活性炭因其孔隙形状大小分布、表面官能团分布以及灰分组成和含量等性质的不同,表现出不同的吸附特性。这种化学性和孔隙组成的不同, 会影响有机物在活性炭孔隙中的迁移和扩散速度, 并使活性炭对有机物的吸附具有一定的选择性[1]。在水处理中,对于不同的水质,所采用的活性炭炭种会不同,所以应在实验的基础上,选择合适该水源水质的高效经济的炭种。采用静态吸附试验,可以初步判断活性炭的吸附能力和吸附速度,初选最佳炭种[2]。
3·2 投加点选取
粉末活性炭投加点选择主要解决可由混凝去除与粉末活性炭吸附去除有机污染物的竞争问题,和絮凝体对粉末活性炭颗粒的包裹问题[3],目的是在充分发挥混凝去除有机污染物能力的同时,再利用粉末活性炭去除剩余有机污染物,而又要避免絮凝体对粉末活性炭颗粒的包裹,使总去除率最高, 粉末活性炭用量最省。不同投加点具有的水利条件不一样,导致粉末活性炭的吸附效果差别很大。对于不同的原水水质,粉末活性炭的最佳投加点也有所不同,因此投加点应视情况具体分析。
3·3 投加量确定
对于PAC的投加量,当投加较少时,其吸附容量可以充分利用, PAC基本上没有浪费,但同时目标物质出水浓度则较高,难以达标。相反,若 PAC投加过多,虽然目标物质出水浓度很小,能满足饮用水要求,但PAC没有被充分利用,制水成本会很高。因此,应根据水厂的实际水质情况, 确定合理、经济的投加量[4]。
3·4 其他影响因素
除了上面这三个重要的影响因素,其他因素的影响作用也不容忽视。而环境因素如pH值、温度、并存有机物等均不同程度的影响PAC的吸附效果。伍海辉等人[5]采用投加粉末活性炭(PAC) 进行强化黄浦江下游原水常规工艺处理效果的试验,结果表明:调节pH值为6·0~6·5时其处理效果达到最好。虽然混凝预处理可以去除大分子有机物,避免某些胶体颗粒的在粉末活性炭上的竞争吸附,但水中仍然存在一些背景有机物可能会参与竞争吸附。这种竞争吸附毫无疑问会降低粉末活性炭对目标有机物的去除[6]。
4 粉末活性炭(PAC)对特殊有机污染物的去除
混凝沉淀等常规工艺对某些特殊有机污染物的去除效果很差,原因是这些物质分子量都较小,很难通过混凝沉淀去除。
4·1 PAC对嗅味物质的去除
饮用水中的嗅味问题已成为供水界面临的普遍问题。原水中土嗅味的产生归因于某些藻类大量繁殖产生的两种代谢物:土臭素和二甲基异冰片[7]。而混凝、沉淀、过滤、消毒等常规处理工艺很难将这些物质从水中去除。粉末活性炭(PAC)发达的微孔结构和巨大的比表面积可有效地吸附水中的嗅味物质。李大鹏等研究表明[8],除嗅效果与PAC 投加量有一定的线性相关性,随着PAC投加量的增加出水嗅阈值降低,且在一定范围内每增加10mg/L 的PAC投加量则去除率就上升5%。其原因是,其他有机物也占用了PAC的吸附空间,导致PAC投加量小时的除嗅率较低,增加PAC投加量后增加的那部分PAC相应的补充了吸附其他有机物所耗费的炭量,从而提高了对嗅味的去除率。因此在除嗅过程中,消除原水中其他有机物的干扰是提高除嗅效果的
一个关键。另外原水嗅阈值的大小对PAC的除嗅效率没有明显的影响。李伟光研究表明[9], PAC后移至混凝开始后再投加的效果比 PAC与混凝剂(如碱铝)同时投加会更好,在混凝中段投加PAC的除嗅效果明显优于投加在混凝前,而且在达到同样的效果时平均可节约10mg/L 的PAC。这是因为,原水中存在着一部分即可被混凝去除又可被PAC吸附去除的有机物,如果将 PAC直接投加在原水中,则其不可避免的会吸附部分可以混凝去除的有机物,这些有机物既占据了致嗅物质的吸附位置又限制了小分子有机物在空袭内的迁移,大大降低了PAC吸附嗅味物质的能力。 JianweiYu等研究表明[10],虽然活性炭表面的性质 (如表面C=O基、C-O基含量、微孔含量、碘值以及亚甲蓝值等)对其吸附能力有很大影响,但在PAC吸附土臭素和二甲基异冰片时,只有微孔数量这一参数与其吸附能力之间有很好的线性相关性,其他的参数如碘值等对其吸附能力影响甚微, 因此可以将微孔数量作为表征PAC吸附嗅味物质能力的有效表征参数。
4·2 PAC对藻毒素的去除
富营养化湖泊中的微囊藻毒素(水华蓝藻的次生代谢产物)对环境和人类健康的危害已成为全球关注的重大环境问题之一。微囊藻毒素能强烈地抑制蛋白磷酸酶(PP1、PP2A)的活性,是一种强烈的促癌剂。中国科学院武汉水生生物研究所近期的研究结果表明,微囊藻毒素以肝脏为唯一的靶器官,动物性腺是其攻击的第二靶器官[11, 12]。然而,水厂常规混凝工艺对溶解性微囊藻毒素的去除效果较差,去除率一般在20%以下,难以满足要求。有研究表明, PAC对溶解性的微囊藻毒素具有较好地吸附作用[13, 14]。考虑到微囊藻毒素的季节性特征, PAC吸附可以作为微囊藻毒素污染的应急处理措施。PAC吸附污染物需要一定的时间,其过程可分为快速吸附、基本平衡和完全平衡三个阶段。刘成等研究表明[15]PAC对两种典型的微囊藻毒素(MC-RR和MC-LR)快速吸附阶段大约需要40min,可以达到80%的左右的吸附容量。因此对于取水口到净水厂有一定距离的水厂,可在取水口处投加PAC,利用管道输送时间来完成吸附过程;而对于取水口距离水厂很近,只能在水厂内投加粉末活性炭的情况,由于吸附时间短,加之与混凝剂形成矾花后还会影响其与水中微
囊藻毒素的接触,使得粉末炭的吸附能力难以发挥,因此需适当增加PAC的投量。随着粉末活性炭投量的增加,对微囊藻毒素的去除效果得到明显改善。PAC投量为20mg/L时,对MC-RR和MC-LR的去除率分别为90%和76%,也就是说对于一般原水中两种微囊藻毒素可能发生的最大浓度(10μg/L),投加 20mL的粉末活性炭即可将两种毒素的浓度分别降低到1μg/L和2·4μg/L,加之其他水处理单元 (混凝、消毒等)对微囊藻毒素的去除,出水水质可以达到国家新颁布的标准(MC—LR的限值为 1μg/L)。此外, PAC对微囊藻毒素的去除率与藻毒素初始浓度无关,这可以用理想吸附溶液理论和当量本底化合物理论来证明[15]。因而,可根据原水中目标化合物的浓度和标准的要求值来判定所需的粉末活性炭投量。
4·3 PAC对消毒副产物(DBPs)前驱物的去除消毒副产物(DBPs)如三卤甲烷(THM)、卤乙酸(HAA)等属三致物质,饮用水中含量超标时对人体健康影响巨大。而对消毒副产物(DB- Ps)前驱物的去除能有效减少饮用水中DBPs的形成。因此, DBPs前驱物的有效去除是现代饮用水处理中最具挑战性的任务之一[16]。DBPs前驱物以天然有机物(NOM)的形式存在于所有地表水中, 能用下面的指标来反映其存在情况:溶解性有机炭(DOC), 254nm紫外线吸光度(UV254),比紫外吸光度(SUVA)以及三卤甲烷形成潜能(THMFP)。 Rizzo等研究说明[17]80mg/L的氯化铁对于意大利的两种地表水源水能分别产生42%和35%的DOC 去除率以及56%和48%的UV254去除率,此时混凝剂消耗过高。因此VedatUyak等人引进PAC强化氯化铁混凝以降低处理费用[16]。在相同的氯化铁 -PAC投加量下, UV254比DOC去除率更大,说明这种工艺去除芳香类物质比去除其他的NOM 更有效,而芳香类物质是DBPs最强的前驱物。比紫外吸光度(SUVA)是一个计算参数,其值等于 (UV254/DOC)×100,该参数表征了水中的腐殖含量, NOM中的腐殖酸也是一类主要的DBPs前驱物, PAC对SUVA的降低效果亦优于单独的混凝。 THM形成潜能(THMFP)代表了水中三卤甲烷前驱物的含量。氯化铁-PAC工艺对去除THMFP效果显著,在单独100mg/L氯化铁混凝工艺中, THMFP的去除率为47%,且出水THM浓度达到 155μg/L,然而投加PAC后出水THM浓度可降至 80μg/L。PAC强化混凝工艺对前驱物去除效果明显优于常规工艺,其原因在于,常规混凝去除的主要是带负电荷的大分子,对于其他低分子量的 NOM有机物的去除能力很差,而
PAC对低分子量不带电的NOM物质吸附效果非常好,因此PAC可以有效去除DBPs前驱物。
4·4 PAC对农药的去除
随着工农业的发展,农药的使用量逐年在增加,这些农药残留物进入饮用水水源中,就会污染自来水,给水厂的工艺提出了新的问题。PAC被广泛的用于去除饮用水中的痕量有机物,然而 NOM的存在会负面影响PAC对微污染物的吸附容量和吸附动力学[18]。Jiang等[19]的小试研究表明, 混凝、软化、氯化等常规工艺均不能有效去除阿特拉津等嗪除草剂。原因是混凝等常规工艺主要去除相对分子量在10000以上的有机物,
对阿特拉津此类相对分子质量很小的有机物几乎没有去除能力。程蓓蓓等[20]研究表明PAC对阿特拉津吸附20min 后可完成主要去除,考虑到竞争吸附问题PAC与混凝剂不能同时投加,可以将PAC先投加待反应
20min左右后再进行混凝反应。随着PAC投加量的增加,滤后水阿特拉津德去除率也随之增长,但是阿特拉津德去除率并不是均匀增加。PAC浓度越高,阿特拉津德去除率增长越不明显,以致 PAC50mg/L和PAC60mg/L 时的去除率基本一致。原因可能是,去除效果是由PAC对阿特拉津的吸附性质及原水中多组分物质的竞争吸附共同决定, 投加量增加,单位质量PAC对阿特拉津的吸附容量降低,因此阿特拉津的去除率呈减速增长。另外, HuguesHumbert等人研究表明[21],阴离子交换树脂(AERs)与PAC同步联合使用比单独使用 PAC能更有效的去除原水中的杀虫剂等农药物质。
5 粉末活性炭(PAC)与其他工艺的组合使用
5·1 微滤(MF)-PAC组合工艺
Han-SeungKim等人[22~24]研究了微滤(MF) 和PAC联合工艺在饮用水深度处理方面的应用。在MF系统中使用高剂量的PAC能使微滤膜在出水水质和过滤时间等方面的达到更好的效果。PAC 能去除MF膜不能去除的小分子物质。而在相同的PAC投加量之下,滤速(或通量)不会影响处理效率。另一方面,活性炭能提高过滤效率是通过降低滤速来缓解逐渐增加的膜渗透压,以达到延长运行周期的目。对于去除表面活性剂,这种联合技术比PAC单独使用更有效果,主要原因可能是粉末活性炭在MF膜表面上和孔隙内部形成了次生膜。
5·2 超滤(UF)-PAC组合工艺
溶解性的有机物是造成膜污染的主要因素,因此,超滤膜常与混凝、PAC组合,形成深度处理膜工艺[25]。UF-PAC联合技术比超滤单独使用能更有效地去除原水中的有机物和消毒副产物,该系统中PAC的作用是吸附UF不能去除的低分子量有机化合物,且运行时PAC能有效防止膜污染、提高膜通量,促进反冲洗时膜的有效恢复[25, 26]。
5·3 离子交换树脂(IERs)-PAC组合工艺
HuguesHumbert等人[21]研究了阴离子交换树脂(AERs) -粉末活性炭(PAC)联合技术对去除天然有机物(NOM)和杀虫剂(锈去津和异丙隆)的效果。结果表明, PAC对AERs去除DOC 只有很小的辅助效果;而对去除锈去津和异丙隆等杀虫剂,该联合工艺效果显著,其原因是AERs去除了阻塞PAC孔隙的高分子量物质。
5·4 高锰酸钾-PAC组合工艺
高锰酸钾与PAC联合使用能有效去除常规处理很难去除的物质,且降低了粉末活性炭的投加量,节约了制水成本。针对太湖B支流水体发臭现象严重、采用常规工艺处理很难去除嗅味物质的情况,李伟光等人[27]
通过试验考察了单独投加高锰酸钾、单独投加粉末活性炭以及高锰酸钾与粉末活性炭联用三种方法对嗅味的去除效果。静态及生产性试验结果表明:高锰酸钾与粉末活性炭联用工艺的除嗅效果最好,并且可节省粉末活性炭投量约 20%。此外,高锰酸钾与粉末活性炭联用对藻类也有较好的去除效果。
6 PAC在饮用水处理中应用的发展趋势
在突发事故时(如蓝藻暴发),大量投加PAC 会导致运行费用的大量增加,因此须考虑新的 PAC工艺以增加
其使用效率。因活性炭的吸附容量是吸附平衡时吸附质浓度的函数[28],出水水质越高,则活性炭的使用效率越低,那么在水厂正常生产中, PAC的吸附空间没有得到高效的利用, 如何高效地、充分地使用PAC的吸附容量尚有待进一步研究。目前水厂中使用的PAC最后大都在沉淀池随污泥排走,没有实现重复利用。考虑到 PAC回收的困难以及回收分离时损失很大,常用颗粒活性炭(GAC)代替PAC,但是GAC的吸附效果不及PAC。如何有效回收PAC,实现资源的重复利用还需深入研究和探讨。在采用PAC干投装置的水厂,操作时劳动强度极大,在装卸、拆包、配制和投加过程中,粉尘是一个很大的问题。有时, PAC会从过滤水中泄漏出来进入配水系统, 因此在水厂使用PAC时应注意滤池的安全运行以保证出水水质。PAC与其他水处理药剂(尤其是氧化性药剂)相互作用会使其他药剂失去应有的效果,同时也降低了PAC的吸附能力,大幅度的增加制水
成本,因此在某些联合工艺中如何避免氧化性药剂与还原性PAC相互损耗,是一个值得研究的问题。
活性炭在水处理中的特点、性质及应用 活性碳主要依靠其高吸附能力的特性，有效去除水中的氯、异色、异味、重金属等。带活性碳的水过滤器，是美国销售最广的净水装置。活性碳是以椰子壳为原料，颗粒均匀。表面具有大量微孔，形成巨大的比表面积（1克活性碳能吸附微尘的面积相当于2亩地大小），活性碳主要依靠其高吸附能力的特性，吸附水中的氯、异色、异味等，也有以杏核壳等为原料的果壳碳和以煤为原料的煤质碳，吸附性能较椰壳碳差，价格也便宜很多。 任何表面都有自发降低表面能的倾向，由于固体表面难于收缩，所以只能靠降低界面张力的办法来降低界面张力的方法来降低表面能，这也就是固体表面能产生吸附作用的根本原因。由于活性炭具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，对水中溶解的有机物，如苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力，而且对用生物法及其他方法难以去除的有机物，如色度、异臭、表面活性物质、除草剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成的有机化合物都有较好的去除效果，因此活性炭吸附技术在水处理中已得到广泛应用。 活性炭的特点 活性炭是一种多孔性含炭物质，具有发达的微孔构造合巨大的比表面积。它包括许多种具有吸附能力的碳基物质，能够将许多化学物质吸附在其表面上。活性炭最初用于制糖业，后来广泛用于去除污水中的有机物合某些无机物。 活性炭的性质 活性炭外观为暗黑色，具有良好吸附性能，化学性质稳定，可耐强酸及强碱，能经受水浸、高温，密度比水小，是多孔的疏水性吸附剂。 活性炭的作用 活性炭产生吸附的主要原因是固体表面上的原子力场不饱和，有表面能，因而可以吸附某些分子以降低表面能。固体从溶液中吸附溶质分子后，溶液的浓度将降低，而被吸附的分子将在固体表面上浓聚。活性炭在制造过程中，其挥发性有机物被去除，晶格间生成了空隙，形成许多不同形状、不同大小的细孔。通常活性炭颗粒中的孔隙占颗粒总体积的70%～80%。这些孔隙形状多样，孔径分布范围很广，细孔壁的总表面积即比表面积一般高达500～1700平方米/克。这就是为什么活性炭吸附能力强、吸附容量大的主要原因。 活性炭的吸附特性不仅与细孔构造和分布情况有关,而且还与活性炭的表面化学性质有关。活性炭本身是非极性的,其含量及电荷随原料组成、活化条件不同而异,低温活化(< 500℃)的碳可以生成表面酸性氧化物,水解后可以放出H+。
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目录 一、产品概述 (2) 二、主要特性 (2) 三、基本结构 (2) 四、技术参数 (7) 五、工作原理 (7) 六、设备安装 (9) 七、维护保养 (9) 八、附图 1.BH1.0型粉末活性炭投加系统总图 2.BH1.0型粉末活性炭投加系统电气原理图 3.BH1.0型粉末活性炭投加系统电气接线图
一、产品概述 用于将吨袋装粉末活性炭拆包，卸料至扩展料斗暂时储存，经过水射器与水混合并提升至加药点。 拆包过程是通过提升吨袋至设备进料口，人工拆开吨袋下料口，打开进料阀并辅以振动装置促使吨袋内的粉末活性炭靠重力落进料斗中来完成的。 二、主要特性 1.结构简单可靠，消耗功率小； 2.锥形料斗和密封装置保证袋口没有粉尘飞扬； 3.设检查门方便解开袋口扎带； 4.设振动装置防止粉料起拱； 5.特别适合于有毒、易燃和强腐蚀高粉尘的场合。 三、基本结构 1.吨袋上料装置 由吊架、上部支架、下部支架、振动电机、上料斗、橡胶减震器、下料斗、密封垫等组成。 1)吊架带吨袋挂架和行车起吊孔，将吨袋吊带挂在吊架相应挂架 上，挂架顶部带限位板，防止吊带滑落；行车将吊架和吨袋吊到 上部支架上； 2)上部支架分为2片，方便装拆和调节高度，2片支架通过拉杆连 接起来；顶部带吊架限位块，可以方便吊架的就位；底部插入下
部支架中，通过4套螺栓定位并调节高度； 3)下部支架也分为2片，通过拉杆连接起来；上部有5组安装孔， 用来安装上部支架，可以很方便的调节支架高度；下部支架含上 料斗安装座； 4)振动电机采用欧力卧龙MVE系列标准三相振动电机，防护等级 IP65，最大激振力为1KN，为料斗提供震源，防止粉料在料斗中 起拱、搭桥； 5)上料斗通过4只橡胶减震器安装在下部支架上；为锥斗形式，吨 袋放入料斗后可自行产生密封；下部有操作门，开启后可以进行 拆袋工作，操作门上有密封装置，可以有效密封，防止粉料外溢； 6)橡胶减震器由内外钢套和中间的合成橡胶组成，橡胶部分受剪切 力，具有较大的变形范围和较低的固有频率，有良好的隔振效果。 7)下料斗通过螺栓连接在上料斗上，下部与起隔振作用的软连接相 连； 8)密封垫安装在上、下料斗之间，防止粉料外溢。 2.软连接 软连接上部与下料斗相连，下部经过一过渡接头与手动平板阀相连，可以调节由基础不平等因素造成的装配误差，并使手动平板阀和螺旋输送机等部件更容易装配；软连接通过抱箍抱紧在接头上，可有效的密封。 3.手动平板阀 手动平板阀用于开闭料斗的出口，下口通过变径接头与螺旋输送机相连，方便检修螺旋输送机；结构简单，重量轻，操作灵活，装拆方便，
在废水处理中，活性炭主要是用来去除废水中的污染物，达到深度净化的目的。活性炭具有发达的孔隙结构和表面积，具有较强的吸附性能，吸附后的水可以达到国家净化的标准，吸附的性能稳定，可以达到最佳的吸附效果，具有一定的经济效益。 活性炭在净化废水中具有相当长的发展历史，在活性炭表面的吸附容积式有限的，只适合于处理含汞量低的废水。若含汞的浓度高，就要用化学沉淀法进行处理。它具有较强的物理和化学性能，可以阻止毒物的吸收，同时活性炭与多种化合物相结合，解毒的作用大。 在生产中应用的活性炭种类有很多。一般制成粉末状或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使用，并且使用时的劳动条件较好，操作管理方便。因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭. 1.活性炭吸附 活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。 2.影响活性炭吸附的因素 吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标.吸附能力的大小是用吸附量来衡量的。而吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间
内所吸附的物质量。在水处理中，吸附速度决定了污水需要和吸附剂接触时间。 活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说，颗粒越小，孔隙扩散速度越快，活性炭的吸附能力就越强。 污水的pH值和温度对活性炭的吸附也有影响。活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量.吸附反应通常是放热反应，因此温度低对吸附反应有利。 当然，活性炭的吸附能力与污水浓度有关。在一定的温度下，活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高。 3、活性炭在污水处理中的应用 在工业生产中，金银的湿法提取、化学纤维的生产、炼焦、合成氨、电镀、煤气生产等行业均使用氰化物或副产氰化物，因而在生产过程中必然要排放一定数量的含氰废水。 活性炭用于净化废水已有相当长的历史，应用于处理含氰废水的文献报道也越来越多.但由于CN、HCN 在活性炭上的吸附容量小，一般为3 mgCN/ gAC～8 mgCN/ gAC(因品种而异)，在处理成本上不合算。 1）活性炭处理含汞废水
活性炭吸附作用的应用研究 Applied Research of the activated carbon adsorption 摘要：作为一种特殊的炭质材料，活性炭孔隙结构发达，比表面积很大，吸附能力很强，稳定性质良好，以及具有优异的再生能力，被广泛应用于各个领域。本文介绍了活性炭的性能，并着重综述了提高活性炭吸附性能的有效途径及其在净水处理、废水处理、气相吸附等方面的应用研究进展。 关键词：活性炭吸附应用 1、引言 活性炭具有较强的吸附性和催化性能，原料充足且安全性高，耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点，是一种环境友好型吸附剂。活性炭广泛用于工业三废治理、溶剂回收、食品饮料提纯、载体、医药、黄金提取、半导体应用、电池和电能贮存净水处理、废水处理、气相吸附等方面[1]。 2、活性炭的特点 2.1活性炭的一般性质 活性炭外观为暗黑色，具有良好吸附性能，化学性质稳定，可耐强酸及强碱，能经受水浸、高温，密度比水小，是多孔的疏水性吸附剂[1]。 2.2活性炭的作用机理 活性炭产生吸附的主要原因是固体表面上的原子力场不饱和，有表面能，因而可以吸附某些分子以降低表面能。固体从溶液中吸附溶质分子后，溶液的浓度将降低，而被吸附的分子将在固体表面上浓聚。而且活性炭本身是非极性的,其含量及电荷随原料组成、活化条件不同而异,低温活化(< 500℃)的碳可以生成表面酸性氧化物,水解后可以放出H+[2]。由于活性炭表面有微弱的极性使其他极性溶质竞争活性炭表面的活性位置,导致非极性溶质吸附量的降低,而对水中某些金属离子交换吸附或络合反应,提高了活性炭对金属离子的吸附效果 [2]。 3、活性炭的应用 活性炭作为优良的吸附剂在饮水的净化、废水的深度处理、净化或储存气体等方面有着广泛的应用。研究表明，活性炭对有机物吸附作用较强，在净化水方面不仅对颜色、臭味去除效果良好，而且对合成洗涤剂EF4、三卤甲烷、卤代烃、游离氯也有较高的吸附能力，也能有效地去除几乎无法分解的氨基甲酸酯类杀虫剂等。活性炭能有效地去除水中的游离氯和某些重金属且不易产生二次污染，减少循环冷却水中菌藻繁殖。对于发电厂，低药剂量运行，碳钢材质不经任何处理，无论是使用中水还是中水经深度处理，均腐蚀较重，采用系统开车时对全系统进行保护膜处理可以明显减缓碳钢材质的腐蚀，假如提高缓蚀阻垢剂的使用浓度，也可以明显减缓碳钢材质的腐蚀[2]。 3.1活性炭在饮用水处理中的应用 以颗粒活性炭为滤料的快速生物滤池通常用作第二级过滤，通过生长在颗粒活性炭表面细菌的活动，除去水中的BOM[3]。这一处理过程又称二级生物活性炭过滤。有文献报道了这一过程的有效性。为减少费用及便于在水厂中推广，人们提出了“第一级砂——生物活性炭双层滤池”的构想[4]。应用生物滤池去除水中BOM有以下优点： (1)减少了细菌在供水系统中生长所需的营养物质，可有效控制细菌的繁殖； (2)减少了与消毒剂反应的有机物的量，进而减少了饮水处理所需的消毒剂的用量及稳定了出厂水剩余消毒剂的含量[4]； (3)通过去除一些消毒副产物的有机前体物，减少了水厂水中消毒副产物的含量[3]； (4)将有机物转化为无机终产物；
FTT系列干粉投加设备 上海同瑞环保科技有限公司广东卓信水处理设备有限公司 简介 FTT系列粉末活性炭投加设备是上海同瑞环保科技有限公司依托同济大学，借鉴和引进国外领先的粉体技术，开发的水厂专用粉末活性炭（或石灰等粉料）投加设备。自推出以来，受到国内深受水质污染之苦的自来水厂的欢迎。 上海同瑞环保科技有限公司是一家依托于同济大学的技术创新型企业。公司紧密依托同济大学在环境和水处理领域雄厚的技术研发力量和工程实践经验，致力于发展环保和水处理领域的创新技术和产品。公司推出的气浮除藻技术、粉末活性炭悬浮吸附技术已经在国内得到了广泛的应用。 技术背景 粉末活性炭具有良好的吸附性能，化学稳定性好，比表面积高达1000～1500m3/g，是多孔性的疏水性吸附剂。由于单位体积的粉末活性炭具有比颗粒活性炭大得多的外表面积，在相同品种、相同体积下粉末活性炭的吸附要比颗粒活性炭快得多。 粉末活性炭对水中溶解的有机污染物，如三卤甲烷及前体物质、四氯化碳、苯类、酚类化合物等具有较强的吸附能力。对色度、异臭、异味、亚甲蓝表面活性物质、除草剂、杀虫剂、农药、合成洗涤剂、合成染料、胺类化合物及许多人工合成的有机化合物等都有较好的去除效果。对某些重金属化合物，如汞、铅、铁、镍、铬、锌、钴等也有较强的吸附能力。 粉末活性炭对水质、水温及水量变化有较强的适应能力，因此在目前原水受到有机物、藻类、色度及重金属污染的情况下，投加粉末活性炭已成为一种高效的解决方案，它可以有效地除臭、除色和降低有机物含量。同时粉末活性炭投加对原有的构筑物以及工艺流程基本上没有影响，且运行操作灵活。 在供水水源受到突发性污染的情况下，投加粉末活性炭也是一种主要的技术措施。例如在2005年11月的松花江水污染事件中，哈尔滨等水厂主要通过在水源和沉淀池、滤池等净水构筑物内投加粉末活性炭来去除苯、硝基苯等污染物，确保供水水质。 设备简介
浅谈粉末活性炭在废水处理中的应用 粉末活性炭,又名PAC,在水处理领域的应用已有百余年的历史,近几年已经发展成为为污染水源预处理,饮用水深度处理及突发性水源污染应急处理等领域的主流技术。国外利用粉末活性炭去除水中有机物、除色、除嗅味物质,己经取得成功的经验和较好的去除效果。如上世纪20年代美国芝加哥,已成功利用粉末活性炭吸附工艺与慢砂过滤工艺相结合,防预了饮用水的氯酚污染;在东普鲁士早已利用粉末活性炭消除季节性的原水藻类异味等[1]。活性炭吸附技术在该领域的应用也越来越受到广大科技及工程技术人员的重视。 1、PAC的种类及吸附性能 PAC颗粒10～50微米,密度0.36～0.74g/m3,是具有弱极性的多空吸附材料,吸附能力强,活学性能稳定。活性炭孔径差别大,对相对分子质量500～3000的有机物去除效果较好。目前工程应用中的活性炭主要有木质碳、果壳炭和煤质炭,研究表明木质碳和果壳炭的吸附性能明显好于煤质炭[2]。 粉末活性炭的净水效能研究粉末活性炭吸附水中溶质分子是一个复杂的过程,是几种力共同作用的结果,包括离子吸引力、范德华力、化学杂和力。根据吸附的双速率扩散理论认为,吸附是一个由迅速扩散和缓慢扩散两阶段构成的双速过程,迅速扩散在数小时内即完成,发挥了60％－80％活性炭的吸附容量。迅速扩散是溶质分子在碳粒内沿径向均匀分布的阻力小的大孔隙中扩散的过程。这些大孔隙产生径向的扩散阻力。当分子从大孔进一步进入与大孔相通的微孔中扩散时,由于受到狭窄孔径所产生的很大阻力,从而极为缓慢。微孔也是在碳粒内均匀分布,但不构成径向的扩散阻力。影响粉末活性炭吸附的因素涉及溶质分子极性、分子量大小、空间结构,这一点取决于水源水质的特征。活性炭对不同的物质分子具有选择吸附性。 2、PAC应用技术 2.1 投加工艺的选择 国外专家曾对粉末活性炭的应用情况进行分析研究,认为粉末活性炭对人工合成化学物的吸附去除主要取决于该化合物的类型。在选择投加点时,必须考虑混合程度和处理接触时间,尽量减少水处理药剂对吸附的干扰。选取投加粉末活性炭工艺时,主要考虑[3]; (1)投加点要有充足的搅拌条件,使粉末活性炭能快速与处理水有良好的混合接触。 (2)尽量延长粉末活性炭与水体接触吸附时间,充分利用粉末活性炭的吸附能力,提高吸附率。
活性炭水处理所涉及的吸附过程和作用原理较为复杂，影响活性炭吸附能力的因素也较多。活性炭吸附能力的影响因素主要有以下三点： 一、活性炭的性质 由于吸附现象发生在吸附剂表面上，所以吸附剂的比表面积是影响吸附的重要因素之一，比表面积越大，吸附性能越好;活性炭的微孔分布是影响吸附的另一重要因素;此外活性炭的表面化学性质、极性及所带电荷，也影响吸附的效果。 二、吸附质(溶质或污染物)的性质 同一种活性炭对于不同污染物的吸附能力有很大差别。 (一)溶解度 对同一族物质的溶解度随链的加长而降低，而吸附容量随同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小，越易吸附。 (三)极性 活性炭基本可以看成是一种非极性的吸附剂，对水中非极性物质的吸附能力大于极性物质。 (四)吸附物的浓度 吸附质的浓度在一定范围时，随着浓度增高，吸附容量增大。因此吸附质(溶质)的浓度变化，活性炭对该种吸附质(溶质)的吸附容量也变化。 三、溶液pH 由于活性炭能吸附水中氢、氧离子，因此影响对其他离子的吸附。活性炭从水中吸附有机污染物质的效果，一般随溶液pH值的增加而降低，pH值高于9.0时，不易吸附，pH值越低时效果越好。在实际应用中，通过试验确定最佳pH值范围。 水处理分为上水处理和下水处理：
上水通常指生活用水、工业用水、纯水等经过人工处理后使用的水；下水通常指生活污染水、工业污水等。1.上水的活性炭处理：20世纪末我国有些水厂开始应用臭氧与活性炭滤池联合使用的生物活性炭法。实践表明，有如下作用： 能去除水中容解的有机物；能降低UV的吸收值，降低水中总有机碳（total otganic carbon,TOC)、化学需氧量及氯的含量；能将低进水中三卤甲烷前体；对色度、铁、锰、酚有去除效果；能使致实验为阳 性的水分显阴性。韩研活性炭采用先进的水质深度处理技术，结合城市自来水使用分配的实际情况，将椰壳活性炭投入小型、高效，且能去除致癌、致突变、致畸等污染物的净化装置，以自来水为原料作更深度的加工，保证饮用水的高质量。这样既确保了居民的健康，又在居民经济承受范围之内。2.下水活性炭处理：1953年发生在日本的水俣病事件，就是含甲基汞工业废气污染水体，使水俣湾打批居民发生神经性中毒的公害大事。韩研活性炭上引入聚硫脲有利于提高对汞吸附能力。该活性炭对汞的吸附能力最佳。含二氯乙烷的废水可以用活性炭柱吸附，饱和后用蒸汽再生，蒸汽冷凝后分成去水，常可定量地回收二氯甲烷。 xx公司相关产品介绍： 水处理活性炭系列介绍 污水处理粉末活性炭http: 煤质污水处理活性炭http: 果壳净水活性炭http:
粉末活性炭投加系统在自来水厂的应用 【摘要】粉末活性炭是一种具有除色、有机物、嗅味等作用的水处理工艺，随着近几年的应用，粉末活性炭的投加成为了水厂关注的重要方法。由于我国频频爆出的水污染突发性事件，使得越来越多的自来水厂都认识水污染处理的重要性，而如何有效利用粉末活性炭的投加，来实现对水体质量的提升成为了热点。本文结合粉末活性炭的特点，对投加点、投加方式、投加量进行了叙述，并重点分析了其在水污染处理中的功能。 【关键词】自来水厂；粉末活性炭；水污染；投加 1 粉末活性炭投加 1.1 投加点 在对投加点进行选择的过程中，应充分结合处理接触所花费的时间以及混合程度，尽可能地使水处理药剂对吸附的干扰性得到控制。在进行粉末活性炭的吸附过程中，其能够分为三个主要阶段，分别为快速吸附、基本平衡以及完全平衡。在进行快速吸附的过程中，通常会花费30分钟左右，其吸附量也能够达到70%-80%左右，其后2小时内其吸附量将逐渐平衡，最大吸附量也能够超过95%，若持续进行吸附，那么随着时间的推移，只可能致使吸附量因此缩小。 在某自来水厂，其当前拥有两个不同的水源地，其中一个水源地的取水口与净水厂之间有较长的距离，在对水源进行处理时，将粉末活性炭提前投加到水口处；另由于夏季是大量藻类繁殖速度加快，故向其中适当加入高锰酸盐，并在净水厂中加入粉末活性炭，充分运用取水口到净水厂之间运送花费的时间，来完成整个吸附的过程中，进而有效防止污染物进入到水厂内。 1.2 投加方式 在对粉末活性炭进行投加时，投加方式需要结合场地条件、投加量来进行选中，湿式投加和干式投加时粉末活性炭投加的主要方法。我厂在进行投加时，主要选中在取水口通过湿式投加法来进行投加。 在进行投加的过程中，还应当结合实际水质情况对投加量进行适当的调整，以此来实现对突出性污染水源的应对，使水质的安全性得到进一步提升，经过多年的实践发现，这种方法的实用效果非常显著。 在进行生产的过程中，我们发现在进行粉末活性炭的投加时，应当将碳粉加入水中然后进行充分搅拌，使其呈现为炭浆进行投加。最初粉末活性炭都是袋装的，这就只需要从投料口将其倒入，这时池中的空气受到挤压，反涌向投料口，在涌出的气体中，夹带着大量的粉末，这使得不少职工的健康受到威胁，同时也非常不利于环境治理。截至目前为止，我们在进行投加时，对投加的方法进行了
常用水厂深度水处理技术解析 1中山市供水有限公司广东中山 528403；2广东中山建筑设计院股份有限公司广东中山528403 【摘要】对目前常用的水厂饮用水深度处理工艺进行了综述，分别介绍了活性炭吸附法、深度氧化法和膜过滤法的技术原理、研究进展与应用特点，为供水企业实施技术改造和提高 饮用水质提供一定的理论参考。 【关键词】水厂饮用水；深度处理；技术进展 0引言 水厂饮用水处理技术包括预处理、常规处理、应急处理和深度处理[1]等，常规和应急水 处理以物理沉降法、化学混凝法和生物分解法等相互搭配的多级联合处理最为常用，主要目 的是除去悬浮颗粒、胶体和微生物等，往往不能除去特征有机污染物，所以还需合适的深度 水处理进行补充。 按技术分类，目前常用深度水处理可分为活性炭技术、深度氧化技术与膜分离过滤技术等。国内外对于深度水处理技术已开展了大量实验研究与生产应用，并取得了一定成果[2]。 本文综述了常用水厂深度水处理技术，分别介绍了各自具体处理方法及优缺点，为供水企业 的技术改造工作提供一定的理论参考。 1活性炭吸附处理 活性炭技术原理是利用石墨微晶不同孔径结构的物理吸附能力，以及表面极性含氧有机 官能团的分子间作用力，从而对有机污染物分子进行吸附。活性炭具有比表面积大、物化性 能稳定、经济易得等特点，广泛应用于饮用水处理、化工催化、废气吸收等工业与生活领域。根据材料制备来源不同可将活性炭划分为果壳碳、煤质碳、木质碳和骨质碳，其中果壳碳因 孔径最小而得到较多关注。根据材料存在形态不同可将活性炭分为颗粒碳、碳纤维与粉末碳 活性炭的性能表征手段一般参照国标（GB/T 12496.6-1999）和相关行标（DL/T 582-2004）规定，以粒度、表观密度、灰分、pH、漂浮率等作为物理指标，以对碘、亚甲基蓝和苯酚或木 质素、单宁酸等吸附值测定作为化学指标。供水处理活性炭应具有吸附性好、机械强度高、 化学稳定性好等特性，质量符合中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T 345-2010《生活饮用 水净水厂用煤质活性炭》。实际应用中较少采用单一活性炭吸附处理，目前活性炭发展趋势 一是对其进行改性处理以提高吸附能力，如在活性炭表面复合一层生物膜制成生物活性炭、 利用一定功率的微波辐射改性等；二是进行活性炭再生以提高使用效率，可用方法有催化氧 化法、药剂洗脱法、高温加热法等；三是采用活性炭与其他深度处理技术的联用，如已得到 成熟应用的臭氧生物活性炭处理技术。该技术先对饮用水进行臭氧处理，将高分子有机物分 解为小分子如CH2Cl2、CHCl3等，再通过生物活性炭滤池吸附臭氧处理产生的小分子产物， 既弥补了臭氧处理无法解决部分小分子有机物的缺陷，又提高了生物活性炭对有机物的吸附 量和工作寿命。 2深度氧化处理 深度氧化处理技术[3]是指在声、光、电、催化剂等因素作用下产生自由羟基（?OH）， 从而将有机污染物氧化或完全矿化为小分子化合物，该技术主要包括化学催化氧化、光催化 氧化、湿式氧化、超声空化和电化学氧化等，具有降解效率高，环境友好，普适性强等特点。 Fenton法是目前应用最为普遍的深度化学催化氧化处理。Fenton法因强氧化试剂 （Fe2+/H2O2）及其发明人Fenton而得名，在广义上是指采用光辐射（UV）、催化剂 （C2O2-4、EDTA）、或电化学手段，使得H2O2产生较强自由羟基以氧化有机物，且Fe2+还
粉末活性炭投加系统应用于给水厂的设计白玉华‘王南威‘刘百仓2李震声‘刘映祥 中国市政工程西南设计研究总院，成都610081; 2四川人学建筑与环境学院，成都610065) 摘要：在提高给水厂出水水质和水源突发性污染应急处理中，粉末活性炭吸附技术得到越来越广泛的应用。结合成都市水六厂五期工程粉末活性炭投加系统的设计，分析了如何确定粉末活性炭的投加方法、投加量、投加浓度以及投加点等设计内容。并简要介绍了粉末活性炭投加系统的组成，以及水六厂五期工程粉末活性炭投加系统设计实例。 关键词粉末活性炭投加系统设计应急处理 0前言 自20世纪20年代美国首次使用粉末活性炭去除氯酚产生的臭味以来，该技术在水处理行业中的应用越来越多。我国近年来也己有给水厂在预处理中采用粉末活性炭提高出水水质，并己在水源突发性污染应急处理中作为一种主要的应对技术。 本文结合成都供水六厂五期工程中粉末活性炭投加系统的设计工作，介绍设计的主要技术环节。 1投加方法的选择 粉末活性炭投加的方法有两种，即干式投加和湿式投加。干式投加采用水射器作为主要投加工具。湿式投加则要先将粉末活性炭配成一定浓度的炭浆，再用泵投加。干式投加法以变频螺旋送料机控制粉炭投加量，一般每台干投机(由料仓与送料机构为主组成)配置1台变频螺旋送料机，如果投加点较多目需要对每点较精确控制，则需要较多的干投机设备。此外，由于干投中粉末活性炭与水不宜混合，因此在设备设计中就要解决好投加水射器喉管的易堵塞问题。湿式投加法可采用1台或较少数量设备配置好一定浓度的炭浆，通过多台计量泵准确定量投加到多个投加点，在制备投加过程中炭粉不会随空气飞扬，操作环境较好，系统使用较为成熟稳定，因此目前给水处理中通常使用湿投法。水六厂五期工程粉末活性炭投加系统有5个投加口需要分别控制，经分析比较后最终选择湿式投加法。
活性炭罐在水处理行业技术概述 活性炭罐用于工业水处理有着悠久的历史，早期的工业用碳钢过滤器 https://www.doczj.com/doc/8210421012.html,/tgchenjiao/进行过滤。现在专注于促进活性炭罐水处理行业，有效去除水中含有有机分子等等。但在使用过程中导致过量的微生物，需要定期维护。 活性炭罐体 活性炭罐作用说明 活性炭罐的作用主要是去除大分子有机物、铁氧化物、余氯。有机物、余氯、铁氧化物易使离子交换树脂中毒，而余氯、阳离子表面活性剂等不但会使树脂中毒，还会破坏膜结构，使反渗透膜失效。 对活性炭罐进行维护 初效活性炭罐是利用活性炭所具有的丰富的毛细孔对水中的大分子有机物、余氯、铁氧化物等胶体物进行吸附过滤，这种吸附是不可逆的，即活性炭有一定的饱和吸附容量，一旦吸附饱和后，活性炭就失去吸附性能，无法用反冲洗的方法冲去污染物。
活性炭罐维护说明 在活性炭吸附饱和之前，定期进行反冲洗，以冲出活性炭表面的大量细菌团及悬浮固体物。活性炭吸附饱和后，应马上更换新的活性炭，否则会造成反渗透膜损伤而不可弥补。另外，活性炭吸附有机物后，为细菌提供了丰富的营养，造成细菌在活性炭罐内的大量繁殖，水中的微生物含量经活性炭过滤后反而升高。 如此证明工业用水活性炭罐可利用滤芯将水中的各种杂质、悬浮物拦截下来，让干净的水流出来，供人类使用。而且它在清洗排污的过滤程，不影响水系统的正常运行，用水很少。罐后的水为无污染可用水源，而且不会污染其他宝贵的水源。 如此工业用活性炭罐可以使用一个过滤器在水中的各种杂质、悬浮物质拦截干净，并供人类使用。在过滤过程中排污的清洁水系统的正常运行没有影响。过滤后的干净水可用，没有其他珍贵的水源污染。 （注：素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注！）
粉末活性炭新型干式投加装置及自控系统的设计应用 刘旭东施亮 浙江博世华环保科技有限公司 摘要：投加粉末活性炭是一种提高水体水质和应对源水突发性污染的有效措施[7]。粉末活性炭常用投加方式分湿式投加和干式投加两种[8]，本文介绍了一种新型干式投加成套装置，对投加装置的组成，自控系统的设计、过程控制及应用进行了介绍，针对目前市场上成套投加装置中的不足在设计中采取的优化处理措施，并进行了总结。 关键词：粉末活性炭；新型干式投加装置；自控系统； Abstract:Addition of powdered activated carbon is a method to improve the water quality and to cope with the sudden pollution of source water and effective measures of[7].Powdered activated carbon dosing methods commonly used wet feeding and dry feeding two[8],this paper introduces a new type of dry feeding equipment,composed of feeding device,automatic control system design,process control and application are introduced,aiming at the optimization measures currently on the market with complete lack of investment in the adopted in the design, and summarized. Keywords:powdered activated carbon;new dry feeding device;automatic control system;中图分类号：X324文献标识码A文章编号 1、绪论： 随着经济的发展，国内水资源收到日益严重的破坏。根据国家环境监测结果显示，截止2012年上半年，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大水系水质总体为轻度污染，主要污染指标是化学需氧量、五日生化需氧量和氨氮。七大水系共设置国控监测断面418个，上半年实际监测断面为390个，其中Ⅰ～Ⅲ类水质断面比例为56.9%，同比提高5.2个百分点；劣Ⅴ类水质断面比例为19.0%，同比升高0.7个百分点。七大水系支流污染普遍重于干流，支流Ⅰ～Ⅲ类水质断面比例为50.0%，低于干流30.2个百分点；劣Ⅴ类水质断面比例为26.3%，高出干流23.5个百分点[1]。 结果表明：2012年上半年，全国地表水环境质量总体为轻度污染，主要污染指标为化学需氧量、总磷和氨氮。Ⅰ～Ⅲ类水质断面比例为51.5%，劣Ⅴ类水质断面比例为15.5%（见图1）。与上年同期相比，Ⅰ～Ⅲ类水质断面比例提高3.7个百分点，劣Ⅴ类水质断面比例降低0.6个百分点[1]。
活性炭吸附技术在水处理中的应用 顾斌 （南京林业大学，南京江苏 210037） 摘 要：本文将着重讲述活性炭的特性以及活性炭吸附技术在水处理中的应用情况。 关键字：活性炭，活性炭纤维，水处理 1. 引用 活性炭作为一种比较特殊的碳质材料，以其发达的孔隙结构、巨大的比表面积、良好的稳定性质、很强的吸附能力以及优异的再生能力，被广泛应用于环保等各个领域，文章将着重介绍活性炭吸附技术在水处理中的应用。 2. 活性炭的物理化学特性 2.1 活性炭（AC）活性炭是常用的一种非极性吸附剂，性能稳定，抗腐蚀，故应用广泛。它是一种具有吸附性能的炭基物质的总称。把含碳的有机物质加热炭化，去除全部挥发物，在经药品（如ＺｎＣｌ２等）或水蒸汽活化，制成多孔性炭素结构吸附剂。活性炭有粉状和粒状两种，工业上多采用粒状活性炭。由于原料和制法的不同，其孔径分布不同，一般分为：碳分子筛，孔径在１０×１０－１０ｍ以下；活性焦炭，孔径２０×１０－１０以下；活性炭，孔径在５０×１０－１０ｍ以下［１］。 2.2 活性炭纤维（ACF）活性炭纤维是一种新型吸附功能材料，它以木质素、纤维素、酚醛纤维、聚丙烯纤维、沥青纤维等为原料，经炭化和活化制的。与活性炭相比较特有的微孔结构，更高的外表面和比表面积以及多种官能团，平均细孔直径也更小，通过物理吸附以及物理化学吸附等方式在废水、废气处理、水净化领域得到了广泛应用。纤维状活性炭微孔体积占总孔体积９０％左右，其微孔孔径大部分在１ｎｍ左右，没有过度孔和大孔。比表面积一般为６００～１２００ｍ２／ｇ，甚至可达３０００ｍ２／ｇ。活性炭纤维脱附再生速率快，时间短，且其性能不变，这一点优于活性炭。与活性炭一样，活性炭纤维吸附时无选择性，主要用于吸附有机污染物，一般用于炼油厂综合废水处理［２］。 3. 活性炭的吸附作用与吸附形式 3.1 活性炭处理活性炭处理指利用活性炭作为吸附剂和催化剂载体的有关过程［３］。主要应用于生活饮用水深度净化，城市污水处理，工业废水的处理。 3.2 吸附作用与吸附形式[4] 将溶质聚集在固体表面的作用称为吸附作用。活性炭表面具有吸附作用。吸附可以看成是一种表面现象，所以吸附与活性炭的表面特性有密切关系。活性炭有巨大的内部表面和 - 1 -
活性炭在水污染处理中的应用和展望 摘要： 由于活性炭表面能大，来源广，价格便宜，是普遍用到的吸附材料，基于这些优点，活性炭吸附工艺也成为目前去除水中有机物的首选工艺。本文讲述了活性炭作为固体吸附剂的性质，同时也介绍了活性炭在水污染处理中的应用和展望。 关键词：活性炭，吸附，表面能 1．前言 任何表面都有自发降低表面能的倾向，由于固体表面难于收缩，所以只能靠降低界面张力的办法来降低界面张力的方法来降低表面能，这也就是固体表面能产生吸附作用的根本原因。由于活性炭具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，对水中溶解的有机物，如苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力，而且对用生物法及其他方法难以去除的有机物，如色度、异臭、表面活性物质、除草剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成的有机化合物都有较好的去除效果，因此活性炭吸附技术在水处理中已得到广泛应用。活性炭的特点 活性炭是一种多孔性含炭物质，具有发达的微孔构造合巨大的比表面积。它包括许多种具有吸附能力的碳基物质，能够将许多化学物质吸附在其表面上。活性炭最初用于制糖业，后来广泛用于去除污水中的有机物合某些无机物。
2.1活性炭的一般性质 活性炭外观为暗黑色，具有良好吸附性能，化学性质稳定，可耐强酸及强碱，能经受水浸、高温，密度比水小，是多孔的疏水性吸附剂。 2.2活性炭的作用机理 活性炭产生吸附的主要原因是固体表面上的原子力场不饱和，有表面能，因而可以吸附某些分子以降低表面能。固体从溶液中吸附溶质分子后，溶液的浓度将降低，而被吸附的分子将在固体表面上浓聚。活性炭在制造过程中，其挥发性有机物被去除，晶格间生成了空隙，形成许多不同形状、不同大小的细孔。通常活性炭颗粒中的孔隙占颗粒总体积的70%～80%。这些孔隙形状多样，孔径分布范围很广，细孔壁的总表面积即比表面积一般高达500～1700平方米/克。这就是为什么活性炭吸附能力强、吸附容量大的主要原因。 活性炭的吸附特性不仅与细孔构造和分布情况有关,而且还与活性炭的表面化学性质有关。活性炭本身是非极性的,其含量及电荷随原料组成、活化条件不同而异,低温活化(< 500℃)的碳可以生成表面酸性氧化物,水解后可以放出H+。由于活性炭表面有微弱的极性使其他极性溶质竞争活性炭表面的活性位置,导致非极性溶质吸附量的降低,而对水中某些金属离子交换吸附或络合反应,提高了活性炭对金属离子的吸附效果。 总之，在吸附过程中，真正决定吸附能力的是微孔结构。全部比表面几乎都是微孔构成的。粗孔和过渡孔分别起着粗、细吸附通道作用，它们的存在和分布在相当程度上影响了吸附和脱附速率。此外，活性
Vol.9No.8 2012年8月 第9卷第8期 湖北经济学院学报（人文社会科学版） Aug.2012粉末活性炭因其物料的特殊性，很容易结团、沉积、板结及自凝聚，导致投加系统浓度不均匀、不稳定，投加泵堵塞、磨损及管道堵塞等现象非常严重，致使系统运行经常出现故障。基于以上几种特性，粉末活性炭投加系统在设计中要求解决及考虑到的问题比较多，只有设计合理、得当，才能保证系统稳定运行，从而在应急使用中发挥必要的保障作用。 根据常州某水厂的基础材料，结合粉末活性炭自身固有的特性，必需要切合实际情况，要充分考虑到自动拆包机与料仓之间的螺旋输送能力、溶解池及搅拌机的选择、自动在线调配系统及浆液投加的控制与操作以及选择合理的活性炭种等综合因素，才能更有利于选取切合实际需要的粉末活性炭的自动投加系统。 1．水厂的基础资料 常州某水厂生产能力66万吨/天，最大投炭量按50mg/l设计，每日最大投炭量33000kg/d；投加点位置：水厂取水头部；投加点数量：6个进水廊道；投加浓度：5％活性炭溶液；溶解水：均使用经过滤器过滤后的源水调配活性炭溶液；冲洗水：使用本厂用水；投加量变频可调：浓度可调。 2．活性炭自动投加的系统方案说明 本粉末活性炭自动投加系统包括自动拆包系统、储存输送、自动在线调配系统及浆液投加几个部分，通过集中程序化控制实现粉末活性炭的自动化投加及控制。采用机械自动拆包投料系统。本水厂投加点确定为取水轴流泵的进水廊道，每台泵设置一个，设备安装在取水泵房旁边的空地上，建设彩钢房二座，用于放置机械自
动拆包设备、螺旋输送设备、混合溶解罐、投加泵、配电柜等，以及作为25kg/包的小包装粉末活性炭的储备仓库。 2.1自动拆包系统 本方案配置机械自动拆包上料系统。自动拆包机能自动割破原料包装，实现自动上料。小包装通过提升台和传送带输送，送入机器内部的传送带，这个内部的传送带是完全内封的，并安装在机器的传送器上，包装在机器内部被双刀装置有效地切开，包装和粉料一起落在带滤网的转鼓上，经过擦刮，包装袋清空。粉料经过滤网落入一个锥斗，然后从轮缘出去，以备进入后续传输设备单螺旋输送机，而空袋留在转鼓内，经过旋转，尽可能从后面落入压缩腔出来。另外，该装置还装配带清洁除尘功能的除尘器以防止粉尘外溢。内部包括自洁系统。上料机操作简单，人员劳动强度低，整个操作过程一名操作人员即可以完成。最佳输送能力：150包/小时，原料包装： 25公斤/包。在拆包机粉料出口处设1台螺旋输送机，输送机 设置有阻隔阀、检查口和出料口等。螺旋输送机将粉末炭输送至后续的10m 3储料仓。螺旋输送机外筒材质：碳钢，螺旋材质：耐磨特殊钢，耐磨、耐腐蚀，保证长期运行不变形，保证原料输送顺畅。 2.2储存输送与粉尘控制 粉末活性炭的储存采用立体罐料仓储存方式，料仓大小为10m 3，为精确给料机不间断的供料，材质：普通碳钢，壁厚 8mm ，内外壁涂刷防腐油漆。在料仓顶部设置一台带吸风功能 的除尘装置用于消除粉尘，在防止粉尘带来操作环境恶化的前提下，同时考虑了粉尘的回收利用，避免对外界环境造成二次污染、改善了厂区操作环境。除尘器配有风扇，并具有自动清灰的功能，另外除尘器还可根据设定的内外压差自动启动清灰的功能，清灰采用气动方式，所需压缩空气由系统配备的空压机提供。料仓内
106 研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术 中国设备工程 2017.06 (上) 1?工艺特点 市政自来水通过管路进入水处理主机部分，即双罐复合材料压力容器，在复合材料压力容器内经过活性炭和KDF55双层滤料净化后，再流经紫外消毒器进行杀菌，最后通过管道输送到室外供水系统，再经二次紫外线杀菌消毒后，通过台盆水嘴供用户饮用。其中，椰壳活性炭是非极性的多孔吸附剂，其净化机理是物理吸附及部分截留作用，可以吸附水中大部分的溶解性有机污染物，有效的降低浊度。KDF55是高纯度的铜锌合金颗粒，它通过微电化学氧化还原反应净化水，可以清除水中高达99%的氯和溶解性的铅、汞、镍、铬等金属离子和化合物。系统采用先进的滤料能量再生控制技术，对过滤材料进行周期性的清洗，保证对饮水的过滤处于稳定有效的状态。连续处理水量可达32m 3以上。 在主机内安装有水温、水压监测及漏水保护装置，并对滤料的再生周期设定控制；在室内主机出水管路上安装了pH、电导率和浊度的实时在线水质监测设备，确保整机运行稳定，出水水质安全。 2?工艺流程 工艺流程见图1、2。 该工艺主要包括四大系统组成：（1）直饮水净化系统，包括活性炭吸附、KDF 处理及紫外杀菌1。（2） 室外终端供水系统，包括紫外杀菌2、台盆及水嘴。 （3）在线水质监测系统，包括流量、压力、浊度、pH、TDS 在线监控。（4）在线控制，主要用于控制净化主机中滤料的再生周期设定及漏水监测保护。2.1?直饮水净化系统 在直饮水净化系统中，分别设置了两组椰壳活性炭-KDF 滤料水处理及一组紫外线杀菌装置，及一次水处理系统。该系统不仅能有效的去除饮用水中的微量的可溶性铬、铜及铅等重金属离子，有效的降低饮用水浊度，去除饮水水源的微生物细菌，同时系统设置的两组椰壳活性炭-KDF 滤料过滤装置，在通过控制程序的多路控制阀，实现双罐共同出水，进水反冲专有技术，及在反冲洗阶段实现用一罐进化水反冲洗另一罐，同时供水不受反冲洗影响而连续正常供水。 双椰壳活性炭-KDF 水处理技术 在大型公共建筑中的应用 肖江融，胡景新，彭志发，曾候辉 （中国建筑第八工程局有限公司，上海 200000） 摘要：目前，我国城市自来水厂多采用混凝—沉淀—砂滤—投氯消毒的传统工艺，该工艺虽对浊度、色度有良好的去除效果，但不能完全去除有机污染物及细菌，且容易产生氯化消毒副产物。对于直饮水来说，不仅要保证水体内有害物质的复合标准，同时也要考虑对人体有益的一些微量元素，这是进一步衡量饮用水质量的标准。而在大型公共建筑中直饮水的水质直接影响着人体健康。 关键词：活性炭；水处理技术；公共建筑 中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2017）06（上）-0106-02 （下转109 页） 图2? 设备运行原理图 图1
粉末活性炭在饮用水处理中应用的研究进展 王文清,高乃云,刘宏,王永 (同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化国家重点实验室,上海 92) 摘要:介绍了粉末活性炭(PAC)的基本性质,并对其在饮用水处理应用中的重要影响因素进行了探讨;综述了PAC 去除原水中嗅味物质、藻毒素、消毒副产物前驱物以及农药等痕量有机污染物的研究现状;分析了粉末活性炭 (PAC)与其它工艺的组合技术在饮用水处理中的应用效果,并对其应用前景做出展望。 关键词:粉末活性炭(PAC);组合技术;饮用水;净化;吸附 中图分类号:X131·2 文献标识码:A 文章编号: 1001-3644( )05-0084-05 1 引言 活性炭在水处理中的应用已有悠久的历史[1]。据记载,原捷克斯洛伐克在1925年率先在水处理中使用活性炭。到了20世纪50年代以后,活性炭主要用于去除水中天然或加氯后产生的异嗅和异味。到1970年,法国的大型水厂引入粉末活性炭 (PAC)处理工艺。由于活性炭能有效去除污水中大部分有机物和某些无机物,因此, 20世纪60年代初,欧美各国开始大量使用活性炭吸附法处理饮用水和工业废水,而日本到1963年已普遍实现用粉末活性炭(PAC)净化饮用水。当前给水处理中应用粉末活性炭(PAC)已成为深度处理和微污染水处理的有效手段。 2 PAC的基本性质
PAC是由无定形炭和不同数量灰分共同构成的一种吸附剂,其微孔结构发达,内 外比表面大, 吸附性能优良,可有效去除嗅、味、色度、氯化有机物、农药、天然有机物及人工合成有机物,且生产方便。PAC制造分成炭化和活化两步。炭化是在温度小于600℃的条件下,隔绝空气加热原材料,经过炭化去除大部分挥 发成分,是原材料裂解成碎片,再组成稳定的新结构。经过活化,烧掉炭化时吸附的炭氢化合物及孔隙边缘炭原子,使活性炭孔隙结构发达,成为一种有多孔结构的炭[1]。 根据X射线分析,活性炭的结构由许多石墨型层状结构的微晶不规则集合而成。微晶的各层是以六个炭所组成的圆环为母体,可是有些部位上能够看到,炭原子之间的共价键已经断裂,特别是在层的边缘部位还有许多非结晶结构,这样的非结晶部位容易进行化学反应。微晶按三维空间连接时, 在微晶之间所形成的空隙,是活性炭具有微孔结构的基础。这样,活性炭的多孔性使活性炭具有极大的内表面积,而非结晶部位更加强了她对外界物质的吸附作用[1]。PAC吸附分物理吸附和化学吸附两种,物理吸附和化学吸附的比较见下表[1]。 3 PAC在饮用水处理应用中的重要影响因素 水厂在使用PAC时应注意最佳炭种选择、投加点选取以及投加量确定这三个重要问题。 3·1 炭种选择 粉末活性炭因其孔隙形状大小分布、表面官能团分布以及灰分组成和含量等性质的不同,表现出不同的吸附特性。这种化学性和孔隙组成的不同, 会影响有机