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吉建斌

 
 
 

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煤质活性炭的工业制造及应用知识培训教程(13)  

2017-11-20 17:06:07|  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)

另外,有学者提出,由于沸石类吸附剂具强色散力和静电引力,用于去除水中“三致”物(多为极性化合物)的效果理论上应优于活性炭,但实际情况恰恰相反。这说明在水处理领域,活性炭本身的非极性性质是众多影响其选择性吸附性能因素中较为次要的因素。我们认为,位于活性炭巨大表面上的、以氢键缔合的水分子膜以及因活性炭表面“吸附活性点”引起的水膜局部荷电异常,才是液相吸附中活性炭对某些物质发生选择性吸附的根本原因。上述水膜可视为水处理活性炭的表面修饰剂,极性有机物被水膜中某些荷电异常的“活性位”吸附并被迁移而来的溶解氧或其它活性自由基氧化或还原;产物若为非极性或弱极性物质,则渗透并被活性炭吸附,若仍为极性物质,则被其它活性位捕获,或扩散进入主液相。

生物膜亦可视为活性炭的表面修饰剂,生物活性炭因其外层水膜,中层生物膜的选择性吸附、酶催化、生物吸收消化等作用,再加上活性炭本身的吸附功能,故BAC的使用寿命和使用效果均优于普通的GAC。

众多的水处理工作者采用不同材质的原料、不同形态的活性炭作水处理剂而得出了大致相同的结论,也进一步说明活性炭本身的表面性质和晶态排列情况并非是影响其液相吸附性能的主要因素,而自然的或人工的表面修饰才是主因之一。从这一点来讲,液相吸附活性炭的作用机理则远比气相吸附机理要简单。

(2)关于水处理活性炭的适用指标问题

探讨活性炭的适用指标,则势必牵涉其适宜的孔径分布和有效孔隙,探讨活性炭的最佳孔分布及有效孔隙问题,实在是一件令人头疼的事。

GB/T7701.4-1997净化水用煤质颗粒活性炭国家标准中规定的,与水处理活性炭的孔结构有关的技术指标有以下几项:孔容积0.65m3/g;比表面积900m2/g;苯酚吸附值140mg/g;碘吸附值800mg/g(合格品);亚甲蓝吸附值120mg/g(合格品)。该标准是由活性炭制造行业牵头制订的,总体来看,似乎是水处理用活性炭的微孔越发达越好,但水处理工作者却对此提出了许多不同看法,具有代表性的为丁桓如等【17】的意见,他们在应用研究中发现,水处理活性炭的一般性吸附性能指标比表面积、碘吸附值、亚甲蓝吸附值和四氯化碳吸附值等,与其对天然水体中有机物的实际吸附能力之间的相关性严重偏离,难以用这些常规指标来衡量,选择适用的活性炭产品品种。他们认为天然气水体中有机物的分子体积大于活性炭一般吸附性能测试中所用的碘、亚甲蓝、四氯化碳等的分子体积,天然水体中的有机物主要包含四组腐殖质—腐殖酸、富里酸、木质素和丹宁,其分子量从几百到几十万不等,活性炭对这些物质的吸附主要受过渡孔的影响而不是受微孔支配的。他们研究了活性炭对上述四组腐殖质的吸附量和吸附速率,并与实际应用效果进行关联后,认为这四种指标可作为评价和选择水处理活性炭的较适用的指标。

近来水处理活性炭适用指标问题也已引起活性炭研究工作者的注意【18】,提出了用碘吸附值、亚甲蓝吸附值和糖蜜吸附值作为衡量水处理活性炭的三个基本指标。

究竟哪些指标可以作为水处理活性炭的适用指标,尚需水处理工作者和活性炭研究者共同协作,进一步探讨。

(3)结论

活性炭(PAC、GAC和BAC)作为生活饮用水的深度处理剂,在去除水中“三致”物方面是目前可选的最佳吸附剂。

水处理活性炭的吸附机理与气相吸附机理差异较大,似乎在液相吸附中活性炭表面的修饰(自然或人工形成的)是引起这种差异的主因之一。

水处理活性炭的现用表征指标体系存在严重缺陷,寻求适宜的表征指标已成当务之急,可尽量避免活性炭选择时的盲目性。

参考文献

煤质活性炭的工业制造及应用知识培训教程(13) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客 
煤质活性炭的工业制造及应用知识培训教程(13) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客

二、城市生活污水的处理

城市生活污水主要包括厨房洗涤水、冲厕废水及其它生活杂水。该类废水含大量固体悬浮物、可化学或生物降解的溶解性或胶态分散有机物(以COD和BOD表征)、含氮化合物(包括氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和有机氮)、磷酸盐、钾钠及重金属离子、菌类生物群等。若不加处理或处理程度不足而排入天然水体,会导致水体富营养化及毒性积累,导致生态环境恶化;水体中有毒物质经水生动物进入食物链,最终危害人体健康。目前我国法规要求生活污水最终排放水质应符合GB8978-1996污水综合排放二级标准,随国民环保意识的加强和综合国力的提高,污水净化回用目标的实现已可预期。

城市生活污水处理工艺分三级:污水→以化学混凝为主的一级处理技术→以生物化学法为主的二级处理技术→以物理过滤为主的三级(深度)处理技术。一般来说,该类污水经一级处理(包括辅以其他技术的强化一级处理,有时称为一级半处理)很难达标排放,经二级处理后大都能达标,三级处理的目的,是净化水的回用而非排放。

国内文献中,关于城市生活污水强化一级处理技术和生化处理技术的研究报道很多(尤其是后者),深度净化技术报道极少。随净化处理技术的不断发展,新工艺的不断开发并投入应用,活性炭这一功能性吸附剂在城市污水处理领域的应用潜力逐渐被研究者认识,已进行了许多有意义的应用研究工作。

1、城市生活污水的一级处理技术进展

单纯的生活污水一级处理厂数量很少,仅存于一些小城镇及部分采矿居民区。传统的污水一级处理工艺为:污水→格栅→沉砂池→反应池(投加化学混凝剂或絮凝剂)→沉淀池→出水(排放或进入生化处理工序)。一级处理效果较好时,可降低生化处理工序的负荷,保证出水水质。近年来,我国城市化速度加快,大中型城市出现不同程度的扩张,随着城市居民小区的不断增建,原有生活污水厂的处理规模和能力已不胜负荷,许多城市被迫在城建规划中要求新建居民区建设小型污水处理站以减轻污水厂负荷,这些小型污水处理站大多采用一级处理工艺。为提高一级处理能力,近年来开发了三种已成熟或接近成熟的强化一级处理新工艺。

(1)生物絮凝强化一级处理工艺【1,2】

用絮凝吸附池代替传统工艺反应池,在投加适宜化学混凝剂的同时,投加一定量生物污泥(可取自二级污水厂消化活性污泥,或从生活污水中分离培养),机械或鼓风混合,在生物吸附絮凝和化学絮凝协同作用下,污水中悬浮状、胶体状和部分溶解性有机物粒子絮凝吸附进入污泥絮体,出水在沉淀池固液分离,分离出的沉淀污泥经短时曝气活化,部分回流至絮凝吸附池再用。该工艺与传统一级处理法相比,COD去除率可从30%提高到60?70%,SS(固体悬浮物)从45%提高至70%,BOD5和有机氮、TP(全磷)的去除率均有不同程度提高。

(2)磁分离法强化一级处理工艺【3】

用连续运行的高梯度磁分离器代替传统工艺沉淀池,反应池在投加传统混凝药剂的同时,投加Fe3O4磁粉,压缩空气强制混合,出水通过高梯度磁分离器中钢毛填充床层时,在外加电磁场作用下,顺磁性Fe3O4粉(已吸附大量有机物絮体)被强制从液相分离;当床层阻力增至预定值时,断电,外加磁场消失,用少量水反冲床层,回收Fe3O4粉再用。该工艺对污水的COD、BOD和SS去除率较高。近年来有关于磁粉改性活性炭的报道,但尚未见将磁性活性炭用于污水处理的相关消息。

(3)生态滤池强化一级处理工艺【4】

目前该类工艺中已成熟并进行过生产性规模应用实验的只有蚯蚓生态滤池,利用在滤床中建立的人工生态系统,对城镇生活污水中各种形态的污染物质通过蚯蚓和其他微生物的协同作用进行最经济合理的处理和转化。该工艺可替代传统一级处理工艺中的反应池和沉淀池,且不需投加化学混凝剂,已在智利及中国上海成功地进行了生产性规模应用实验,对污水CODCr、BOD5和SS去除率分别达83?88%、91?96%和85?92%,已与活性污泥生化二级处理效果相当,是一种极具发展潜力的强化一级处理工艺。

 

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吉建斌(先生):18603463183,jzhx928@163.com

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