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吉建斌

 
 
 

日志

 
 

煤质活性炭的工业制造及应用知识培训教程(12)  

2017-11-20 17:03:26|  分类: 活性炭产业 |  标签: |举报 |字号 订阅

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编写:吉建斌(2004年)

(2)PAC悬浮床吸附过滤技术

这是一种集吸附和过滤于一体的PAC应用方法,又称Haberer工艺。选用粒径1?3mm的轻质滤料(如聚苯乙烯小球)作载体,用水泵使PAC炭浆在滤池中循环直至全部附着于载体表面(预涂过程),滤池水流采取上向流,当PAC吸附效果降至预定值后,采用下向流冲洗法进行部分再生。有关研究表明,在悬浮床吸附过滤工序前进行混凝操作,吸附过滤工序之后再经砂滤,出水水质可达饮用水一般性指标要求【1】

(3)PAC-硅藻土过滤联用技术

简称为PDF技术,结合了硅藻土的高效除浊、除菌精滤能力和PAC对水中溶解性物质的强吸附能力,采用自支撑滤膜形式进行饮用水处理。选用适宜挂膜的固定支架填料填充滤器,将PAC和硅藻土按一定比例和用量配成浆液,用水泵进行循环直至浆液变清滤膜形成,再开始滤水,当过滤阻力增至预定值或出水水质不符合要求时,采用反向水流将滤膜冲掉,再挂膜运转。PDF技术一般适用于小型水处理厂及饮水深度净化【1】

(4)壳聚糖-PAC共混超滤膜水处理技术

喻胜飞等【7】为了提高对饮用水源中大分子有机物,尤其是带发色基团的大分子有机污染物的去除效果,研制了一种具脱色协同效应的含PAC的超滤膜。将壳聚糖加入2%的醋酸水溶液中使之溶解,过滤,在清液中加入添加剂TRG、交联剂戊二醛和PAC,充分搅拌后,静置脱泡,然后在丙纶支撑体上流延成膜,25左右蒸发固化,经凝固浴处理,室温干燥,制成共混超滤膜。作者指出,膜中PAC的填充量4?5%时使用效果最好。但文献中未见进一步的研究报道。

(5)PAC用作生物活性炭的载体

文献报道中,把粉末活性炭用作生物活性炭(BAC)载体的研究非常少,因为PAC的流动性会造成生物膜迅速流失而使滤器失效。

葛旭等【8】对深圳市地表水源进行了多种处理工艺组合对比试验,得出结论:采用生物预处理和常规处理(混合、絮凝、沉淀、砂滤)之后,再经臭氧氧化,最后经BAC深度处理,且BAC法如投加20mg/L的粉末活性炭,臭氧接触时间为9?11分钟时,出水水质符合《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中一类水司88项指标要求。而关于如何在PAC上接种生物膜,又如何防止粉状BAC的流失,文中未明示,也未发现进一步的报道。

2、粒状活性炭(GAC)

粒状活性炭因其适于填充固定床滤器的特点而被水处理工作者进行了广泛的研究。文献中关于GAC的水处理应用研究文章数量也远多于PAC的应用研究文献。但奇怪的是,在我国各大中型城市自来水厂中,GAC的应用却远比不上PAC那样普及,原因可能有两个,一是因GAC滤器固定投资和运行成本较高,在我国尚未实施分质供水之前,GAC的大量应用势必引起水价大幅上扬,用户难以承受;二是PAC的应用具有灵活性,可随时在出现高污染负荷时启动,亦可随时停用,被用作备用水处理剂,也就是说,建装置的水厂多实际投运的少。

GAC应用于生活饮用水的深度处理大致有两种应用技术,一种侧重于利用其对某些有机物质的吸附能力,另一种是GAC既作为吸附剂,又作为微生物载体,吸附作用和生物化学作用协同作用降解水中有机污染物,即所谓的生物活性炭(BAC)技术。在实际使用过程中,单纯的GAC过滤作用只在一定时期内存在,生物膜的自然形成是必然的,也是有利的(大多数情况下)。GAC技术和BAC技术的最大区别可能是:前者使用一定时间后,吸附剂上的生物膜是自然形成的,后者则是在启运之前控制一定的环境条件,人工接种了高选择性的微生物种类,且其生化作用处于受控状态。

(1)侧重于吸附作用的GAC的应用研究进展

由于活性炭属于较昂贵的水处理剂,且目前水处理炭的低成本再生技术问题尚未完全解决,故GAC的应用研究方向多以去除水中“三致”物及其前驱物为目标,因为大量研究结果表明,在此方面AC是目前最好的处理剂。

针对饮用水源中的全溶解有机物(TOC)和致生物突变性有机物(Ames试验,阳性为具致突变性,阴性表示安全),潘海祥等【9】对珠江三角洲地区水源在丰水和枯水期进行了九种工艺组合对比试验研究,结果表明:无论在丰水期还是枯水期,含GAC过滤的组合工艺出水Ames试验均呈阴性,其它种类的组合工艺出水Ames试验结果均呈阳性;源水经含GAC吸附的组合工艺处理后,出水中TOC含量<1.5mg/L,大大低于其它组合工艺出水中TOC含量(>2.2mg/L)。

水中可生物同化有机碳(AOC)是反映水中细菌生长的限制性营养水平,国外普遍采用该项指标鉴定饮用水的生物稳定性,尽可能低的AOC含量可避免供水管网中细菌的重新生长,从而避免饮用水的二次污染。吴红伟等【10】进行了在常规水处理工艺砂滤工序之后进行GAC吸附过滤降低AOC作用的对比试验研究,结果表明,当选用粒径1?2mm的GAC,且炭滤器中水力停留时间(HRT)为9min,滤速10m/h时,对AOC的去除效果最好。

我国大多数水厂采用加氯法进行饮用水的消毒灭菌工作,且一般均采用原水进厂加氯(预氯化)和出水二次加氯两级消毒工艺。近年来国内外研究表明,卤素消毒副产物(DBPs)如三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)等,尤其是HAAs,具有较高的致癌风险。对于预氯化产生的DBPs,混凝沉淀工序和煤砂滤池可部分去除,但效果不理想;要想控制二次加氯产生的DBPs的浓度,只能依靠在水处理工序过程中强化对DBPs先质的去除效率。李爽等【11】对北京几大水厂的水质调查结果表明,预氯化可使源水中HAAs含量增加8?9.5倍,GAC吸附过滤工序可使总HAAs去除率提高46?86%,是目前最有效的DBPs去除方法。

由于水厂出水加氯二次消毒会不可避免地产生DBPs,且会使水中带有不愉快的嗅味,近年来用臭氧作为深度处理消毒剂已成为一个发展方向。但近来研究证实,采用臭氧消毒也并非万无一失,当臭氧投加量不足或在水中分布不均衡时,许多有机物的部分氧化会产生醛类化合物,含溴物质被氧化生成溴酸根,这些都属于臭氧副产物,发达国家已将甲醛和溴酸根列为可能致癌物。周云等【12】对水中的臭氧副产物进行了详细论述,并指出:采用GAC在臭氧消毒工序之后进行把关性吸附终滤,不仅能降低水中有机物含量,且可降低臭氧的副产物,其中溴酸根的去除系因AC表面的碳元素及其它一些表面基团的还原作用生成Br?而脱毒的。

据资料报道,深圳市和大庆市已在一些示范居民小区内建设含GAC过滤工序在内的小型深度净水站,实现小区域分质供水(供应直饮优质水,这种水的水质与市售纯净水有本质的区别)【13】。大同市册田水库水源因受上游工业废水污染,采用传统水处理工艺无法满足国家饮用水水质标准基本要求,于1994年引进澳大利亚连续中孔微滤膜-GAC组合技术,进行了处理规模3000?5000m3/day,为期一年的中试,证明这种组合技术完全可替代传统工艺,占地面积小,处理效果好,失活的GAC可采用NaOH和盐酸进行再生处理【14】

(2)生物活性炭(BAC)

绝大部分的BAC水处理工艺都采用GAC作为生物膜的载体。大多数的BAC工序是与臭氧技术联用的,即所谓的“O3-BAC水处理技术”。BAC技术多用于饮用水的深度处理,总体来讲,BAC技术可去除的水中污染物的种类与PAC、GAC相同(即:使用目的是相同的),但BAC对污染物的去除率更高,且因生化作用而使BAC不断得到一定程度的再生,故使用寿命要比GAC和PAC长得多。

    孙建平等【15】筛选了假单胞菌属,芽胞杆菌属等11种菌株,在试验室条件下将其接种于ZJ-15活性炭上制成BAC。对比试验发现,对同等富营养水,普通GAC在35天时吸附饱和,而BAC在60天时才失效,且再生率达81%,其中微孔再生为81?95%。BAC对试验原水的浊度、高锰酸盐指数和色度的去除率分别达到40?70%,30?60%和20?40%,具有比普通GAC更高的吸附活性。

张金松等【16】对广东省某水源(含多种重点有机污染物)进行O3-BAC深度处理试验表明,进水浊度5NTU时深度处理效果最好,另外,该处理工艺可有效地控制和消除饮用水源中微量高毒害性有机污染物,可使COD减少70%左右。

3、讨论和结论

(1)关于水处理活性炭的吸附机理问题

探讨含多种污染物的生活饮用水源中活性炭的选择性吸附机理几乎是不可能的,甚至是毫无意义的。之所以在此文中仍提此问题,是为了消除一些思维定势。众所周知,活性炭是一种非极性或弱极性的吸附剂,一般认为其对非极性或弱极性且分子量不太大的吸附质易于吸附,而对极性较强的吸附质吸附效果较差甚至无效,这一论点用于气相吸附领域一般是正确的,但某些水处理工作者根据这一论点推论:在水处理工艺中,活性炭不能有效去除水中的卤代烃等强极性的吸附质,但大量的试验结果表明,活性炭恰是处理水中DBPs或其先质的最有效的吸附剂.

 

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关光(先生):北京北宇机械设备有限公司,18001368585

吉建斌(先生):18603463183,jzhx928@163.com

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