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吉建斌

 
 
 

日志

 
 

活性炭的吸附机理及其在水处理方面的应用(上)  

2017-12-04 07:08:51|  分类: 活性炭产业 |  标签: |举报 |字号 订阅

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包金梅,凌琪,李瑞

(安徽建筑工业学院环境与能源学院,合肥230022)

原载于“四川环境”2011年2月第30卷第1期

摘要:本文从活性炭表面的物理性质和化学性质,介绍了活性炭吸附的一般机理,综述了活性炭在城市给水、工业废水及城市污水深度处理中的研究进展;混凝-活性炭吸附工艺在净水工程中的应用;臭氧-生物活性炭技术去除水中有机污染物的工艺;MBR/PAC组合工艺及工业上使用石灰石与活性炭联合去除污染物的技术;从活性炭吸附性能指标的选择、有机物分子量的分布、活性炭的改性等方面,提出了活性炭在水处理应用上的问题和展望。

关键词:活性炭;吸附机理;水处理;分子量分布;改性

中图分类号:X703    文献标识码:A    文章编号:10013644420110010009704

(安徽高校省级自然科学研究重点项目,KJ2010A067)

Adsorption Mechanism of Activated Carbon and Its Application in Water Treatment

BAO Jin-mei  LING Qi   LI Rui

(Deparment of Environment & Energy Resource, Anhui Institute of Architecture & Industry, Hefei 230022 China)

1、活性炭的一般吸附机理

活性炭表面的物理吸附性能主要与活性炭比表面积和孔结构有关。活性炭孔壁的总表面积一般高达500?1700m2/g,与其他吸附材料相比,具有小微孔(半径为<0.02nm)特别发达的特征,这也是活性炭吸附能力强、吸附容量大的主要原因。其中小微孔决定了活性炭的总比表面积;过渡孔(半径为0.02?1nm)起着重要的通道作用;大微孔(半径为1?100nm)则是该吸附材料微观体系的入口(1)

活性炭表面的化学性质主要由表面的化学官能团的种类与数量、表面杂原子和化合物确定。活性炭表面官能团一般分为含氧官能团和含氮官能团。含氧官能团主要有酚羟基、羧基、羰基、内酯基、嘧啶等;含氮官能团可能存在形式有酰胺、酰亚胺、乳胺基、类吡咯基等。含氧官能团又分为酸性和碱性含氧官能团,酸性基团有羧基、酚羟基、醌型羟基、正内酯基及环式过氧基等,其中羧基、酚羟基及内酯基为主要酸性氧化物,碱性表面的获得一般归因于表面酸性化合物的缺失或碱性含氧、氮官能团的增加(2)

2、活性炭在水处理中的应用

2.1 活性炭在给水处理中的应用

    当前,我国城市自来水厂一般采用的是氯氧化消毒工艺,该项工艺在保证饮用水水质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机污染物,并且其氯化消毒工艺过程中又产生了许多卤代有机物,其中有许多为致癌、致畸、致突变的三致物质。张林军等(3)在粉末活性炭在净水工程中的应用中得出,粉末活性炭对降低受污染源水的色度、挥发酚、臭和味等有很好的作用,对CODMn也有较好的去除效果。刘白仓等(4)在粉末活性炭吸附去除原水中有机物的研究中得出,经粉末活性炭吸附后原水中的环境优先控制有机物的种类并没有减少,但总量明显降低,去除率为83%,认为投加粉末活性炭是去除环境优先控制有机物的关键措施。

2.2 活性炭在工业废水与污水处理中的应用

活性炭在工业废水处理中的应用很广泛。田园等(5)针对橡胶促进剂生产废水有机毒物含量高、成分复杂等特点,采用颗粒活性炭对其进行低浓度的吸附研究表明,废水COD平均去除率达68%。张晓璇等(6)利用活性炭吸附焦化废水生物处理尾水中残留的长链烃、卤代物、多环芳烃等难降解有机物,得出酚羟基、羧基等极性基团含量少的活性炭或其他非极性有机吸附剂适合于处理该类废水。

在城市污水处理中,活性炭的应用有两种方式:其一是城市污水的三级处理;其二是用于城市污水的物理化学处理,即化学混凝沉淀处理后,再用活性炭吸附,也有在混凝沉淀、过滤、消毒后,再用活性炭吸附。

2.3 活性炭与其他水处理技术联合应用

混凝-活性炭吸附工艺在净水工程中的应用。地表水的前体有机物主要是腐殖酸和富里酸,它们与水形成大分子胶体溶液,经混凝处理可有效地去除。活性炭吸附则能有效去除水中致突变前体物,因而对致突变前体物含量较高的水源水来说,活性炭吸附是保证饮水安全的重要工艺(7)

臭氧-生物活性炭技术可以使水中一些原来不易生物降解的有机物变成可生物降解有机物。乔铁军等(8)研究了深圳市梅林水厂臭氧-生物活性炭工艺的运行效果,生物活性炭滤池出水的浊度<0.10NTU,粒径>2μm的颗粒数可以降低到50个/mL;对色度及嗅味的去除效果显著,出厂水的嗅阈值<10,远低于砂滤出水的100;臭氧氧化和活性炭过滤对CODMn的去除效果比较明显,在砂滤出水的基础上可再降低10%?62%(平均为34%);生物活性炭出水UV254值远低于砂滤出水,对其平均去除率为73%。

朱亮等(9)在MBR中试的基础上,向MBR反应器中投加粉末活性炭(PAC)构成MBR-PAC组合工艺并处理污水厂尾水。PAC能吸附并降解易引起膜污染的有机物,有效降低了膜污染,减缓了过膜压力的增长趋势,保护了膜组件,并且运行效果良好,MBR-PAC系统的出水,处理效果优于MBR系统。

另外,工业上还使用其他药剂与活性炭联合去除污染物,取得较好效果。Sabir Hussain等(10)投加石灰石和活性炭的混合物,处理合成纤维废水中的氨氮,当石灰石和活性炭比例为25:15时,可以去除58%的氨氮,同时还节约了处理的成本。

3、问题与探讨

3.1 基于对不同分子量有机物的吸附研究来选择不同孔径的活性炭问题

根据资料(15),相对分子质量1000、3000、10000和30000的超滤膜所对应的平均孔径分别为12、13、15和22?(1?=0.1nm)。聂莉等(14)试验得出,粉末活性炭几乎去除了全部相对分子质量<900的有机物,对900?3500区间的有机物也有很好的去除效果,但对相对分子质量>7000的有机物几乎没有去除。乔春光等(16)试验得出活性炭滤池对相对分子量为3000?10000的水体溶解性有机物(DOM)有较为有效的截留,而对相对分子量<1000的有机物处理效率有限。活性炭与沸石的同时使用可以更有效地去除水体中有机物,因为活性炭为疏水、非极性表面的吸附材料,对于大部分极性短链有机物以及大部分极性短链含氧有机物的前体物去除效果很差;沸石则为亲水、极性表面的吸附材料,它对上述物质均具有良好的去除效果(1)。活性炭的孔可分为:一级微孔(<8?)和二级微孔(8?20?),中孔(20?500?)和大孔(>500?),微孔在活性炭炭中占绝对数量(15)。根据对水体有机污染物的分子量区间的分析,选择合适材质的活性炭,如:椰壳麦门冬(微孔多),杏壳炭(中孔多)等。

 

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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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