粉末活性炭用于水处理的效能等技术问题的研究报告
发布人:管理员 发布时间：2011-10-07 浏览次数：3145
粉末活性炭用于水处理的效能等技术问题的研究报告
一、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,是几种力综合作用的结果,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。
(一)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?根据国内某水厂近年应用粉末活性炭的经验认为,对于有生活污水?工业污水的排放,造成水体富营养化,导致水体藻类等微生物急剧繁殖等,属于污染较严重?较为复杂的水源;枯水期时常散发成分复杂的异臭?异味,再加上取水河段为潮感河流,污水回荡时间长,污染造成的危害较大?选取投加粉末活性炭工艺时,主要考虑:
(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?
(3)尽量选取粒径小的粉末活性炭,使同等重量的活性炭吸附面积相对大;选取中孔较发达的木质活性炭,力求提高活性炭对有机物的吸附效能?
(4)尽量减小水处理过程中的化学药品干扰,如氯?高锰酸钾?混凝剂等?
(5)要根据投加量的多少?场地条件选取干式或湿式投加?
(二)投加粉末活性炭明显改善出水水质
(1)投加粉末活性炭对去除色度有明显效果?色度的去除有报道可达70%,色度低表明去除有机物的效率高,除铁?锰的效果好?但去除色度的效果并没有和投加活性炭量成正比,其复杂的机理,还有待下一步研究?
(2)投加粉末活性炭对去除嗅味有明显效果?南方某水体的富营养化水体不仅是藻类繁殖和杀灭过程产生的异臭,还面对复杂的工业排污污染,水体长期酚类物质的异常浓度所引起的异臭?由于致臭物质的动态性和不确定性,故臭味的定量分析成为十分艰难的课题,设想要经过多年对特定水体的调查研究,设立相关的数学模型,设立相应的分析方法,才能逐步解决?目前臭味的检测一般是用人的感官去鉴定,人为的误差较大?除臭是粉末活性炭去除污染物的一个重要的综合评价指标,也是供水行业目前面临的确保饮用水安全的极其重要?难度相当大的感官指标?
(3)投加活性炭有助于去除阴离子洗涤剂?国内外化工行业早已有利用粉末活性炭,来净化去除工业废水中的洗涤剂的工艺?也是粉末活性炭去除较大分子合成有机物的一个评价指标?
(4)投加活性炭有助于对藻类的去除?投加了粉末活性炭阻隔了藻类的光吸收,同时在浊度较低的水源中有明显的助凝作用,有助于在混凝沉淀中去除藻类?如应用投加粉末活性炭?聚丙烯酰胺助凝?高锰酸钾氧化的联合协同作用,严格控制沉淀池出水浊度为1NTU以下,则藻类的去除率可高达95%-98%?
(5)投加粉末活性炭使化学耗氧量(CODmn和CODcr)?五日生化需氧(BOD5)量大大降低,这些与水体有机污染程度正相关的表征指标的下降,表明了水体有毒有害物质的去除程度?
二、粉末活性炭的吸附性能评价研究
另一方面,对于吸附剂粉末活性炭,其内表面化学结构?比表面积可以影响吸附能力?在实际生产应用中还有吸附速率的问题,活性炭颗粒的孔隙大小?粒径分布决定了溶质分子向碳粒内部扩散的速度?所以活性炭的吸附能力和吸附速率两方面决定了活性炭的质量?因此如何评价选择活性炭的种类和质量,如何根据水源水质选择合适的碳种和投加量,成为生产中亟待研究解决的重要课题?
国内一般主要采用碘值?亚甲蓝值来评价活性炭的吸附性能?但是生产实践和经验都证明仅采用这两个指标不能全面评价活性炭,与实际的吸附效果有所差距?因此采用这些指标判断活性炭的效能只有部分理论意义,不能全面?准确地反应实际吸附状况?
(一)目前评价水处理粉末活性炭的指标存在的问题
经过研究发现:碘值?亚甲蓝值只能够表明活性炭颗粒中细小孔径的比表面积大小,但是在实际生产中有吸附速率的问题,即净水工艺中吸附时间是有限的,水处理中应用的粉末活性炭远未达到完全吸附平衡?活性炭颗粒内部中等孔隙是有机物分子的进入通道,一般认为活性炭的中等孔隙越发达越有利于吸附动力学平衡,所以中孔是否发达决定了吸附速率?为了结合实际应用,我们不仅考虑粉末活性炭的总吸附比表面积(也就是碘值?亚甲蓝值等指标),还要判断粉末活性炭颗粒内部的孔径分布是否容易达到快速吸附,即明确转化为如何评价活性炭的孔径分布是否合理?
(二)通过研究分析寻找水体特定的污染表征物,制定相应的评价方法?
随着试验深入,采用某水源广泛存在的一种典型有机污染化学工业产品标样来作为吸附质进行试验?这种酚类物质分子量适中,中等极性,分子空间结构较大,所以可以很好地代表水中的较复杂有机分子?
采用综合评价方法来衡量活性炭的性能:采用碘值?亚甲蓝吸附值评价粉末活性炭的微孔比表面积;采用一些具有特定结构的大分子表征活性炭的中孔发达情况;采用一种酚类标样作为复杂有机物质的代表来确定活性炭的吸附能力,通过三方面综合评判可以更加准确和客观?
吸附特定大分子有机物,对于木质碳而言,250目的吸附效果比200目提高10.1%,325目的比200目提高25.3%;对于煤质而言,250目的吸附效果比200目提高66.2%,325目的比200目提高101.5%?对于木质和煤质活性炭吸附特定大分子有机物效果比较,木质远远优于煤质?
吸附特定天然有机物,对于木质碳而言,250目的吸附效果比200目提高49.2%,325目的比200目提高61.9%;对于煤质而言,250目的吸附效果比200目提高48.0%,325目的比200目提高56.0%?以这两种木质和煤质活性炭吸附特定天然有机物比较,木质远远优于煤质,吸附数量超过1-2倍?
三、小结
随着净水深度处理工艺的推广和活性炭生物滤池的应用,虽然颗粒活性炭表现出良好的工艺性,但粉末活性炭吸附循环时间较短,投加方式较为简捷,费用较低,可根据水体污染情况随时更换碳种,仍是其突出的优点?对于固有工艺的水厂改善出水水质,对于突发污染事故的迅速处理,是颗粒活性炭无法取代的功能?所以,随着国内水体环境的不断恶化,水质要求的不断提升,在水处理行业应用粉末活性炭的范围将会不断扩大?逐渐从迫不得已的应急事故处理应用,转向为提高和改善水质的应用?粉末活性炭在水处理的应用会越来越广,将为防治污染,改善饮用水水质,做出重要的贡献。
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