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活性炭在煤气化废水处理中的应用

发布时间:2020-08-04 浏览

摘要:活性炭由于自身的大孔、中孔和微孔结构特别是其比表面积大等特点对去除一部分难降解的有机物和某些无机物有一定的作用。本文介绍了活性炭在煤气化废水处理中的应用,指出了其工艺特点,阐述了它的诸多优点。并预测了其广阔的应用前景。

前言

活性炭作为水处理工艺中常见的一种材料能有效地去除水中的浊度、以及大部分有机物和某些无机物,活性炭吸附技术已成为电厂化学水处理和城市生活污水、工业废水深度处理的有效手段。本文简要介绍活性炭的特性、吸附机理以及分类,介绍活性炭在煤气化废水处理中的具体应用和发展,指出其优点和不足并加以预测。

1、活性炭的特性及机理

1.1活性炭的特性

活性炭是一种含炭的暗黑色物质,具有发达的微孔构造和巨大的比表面积。它化学性质稳定,可耐强酸强碱,具有良好吸附性能,是多孔的疏水性吸附剂,广泛用于各种水处理工艺中特别是生活污水处理应用较广。活性炭的制造原料主要是一些含炭性的物质,其制备过程主要包括:干燥——原料在120-130℃下脱水;炭化——加热温度在170℃以上时原料中有机物开始分解,到400~500℃炭化完毕;活化——形成微孔,使残留炭氧化从而微孔扩大形成无定性炭。

1.2活性炭的吸附及过滤机理

活性炭对水中物质的去除作用是基于活性炭的活性表面和不饱和化学键。由于活性炭的表面积很大(500-1500m2/g),加之表面又布满厂平均直径2-3nm的微孔,所以活性炭具有很高的吸附能力。同时,由于活性炭表面上的碳原子在能量上是不等值的,这些原子含有不饱和键,因此具有与外来分子或基团发生化学作用的趋势,对某些有机物有较强的吸附力。活性炭的强大吸附能力即在于它具有这样大的吸附面积。活性炭的孔隙大小分布很宽,从10-1nm到104mm以上,一般按孔径大小分为微孔、过渡孔和大孔。在吸附过程中,决定活性炭吸附能力的是微孔结构。活性炭的全部比表面几乎都是微孔构成的,粗孔和过渡孔只起着吸附通道作用,但它们的存在和分布在相当程度上影响了吸附和脱附速率。

研究表明:在吸附过程中发生溶质由溶剂向活性炭吸附剂表面的质量传递,推动力可以是溶质的疏水特性或溶质对吸附剂表面的亲和性,或两者均存在。在水处理中通过活性炭吸附而被去除的物质一般为兼有疏水基团与亲水基团的有机化合物。严格地说,活性炭吸附是一个很复杂的过程。它是利用活性炭的物理吸附、化学吸附交换吸附以及氧化、催化氧化和还原等性能去除水中污染物的水处理方法。

2、活性炭在煤气化废水处理中的应用

2.1活性炭吸附和传统A/O工艺的组合

煤气化废水作为一种高浓度难处理的有机废水主要的特点是水质的可生化性较差,BOD/COD的值一般小于0.3,传统的污水处理工艺很难达到较好的处理效果,而通过在A/O工艺中投加活性炭的方法可以很好的达到处理效果,主要工艺流程如下:预处理+A/O工艺+活性炭吸附+A/O工艺。本工艺的主要特点是在两级A/O工艺的中间加入活性炭吸附工艺,活性炭通过其自身的吸附和化学特性吸附了一部分难以降解的有机物,这是由于难降解有机物的分子质量较大带点负荷高从而增加了其和活性炭的吸附力,而易降解物质的这个力较小。通过这个过程可以提高废水的可生活性为二级的A/O工艺创造条件。实验证明:经过活性炭的吸附后煤气化废水的可生化性一般能够达到0.3以上,而对难降解有机物的去除率也可以达到20%-50%,由于该工艺中活性炭吸附是在一级A/O工艺之后,所以活性炭用量一般不大,能够达到很好的效果。

2.2活性炭在煤气化废水深度处理中的应用

煤气化废水的排放对水质指标要求很高,一般的生化处理法很难达到出水指标要求,要通过进一步的处理才能达标,也就是所谓的深度处理,目前应用较多的废水深度处理工艺主要有臭氧氧化法、紫外线法、高级氧化法等。而以活性炭为滤料的曝气生物滤池工艺(BAF),在煤气化废水中应用已经达到广泛的应用,处理效果正在得到专业人士的肯定,主要工艺流程包括:A/O工艺+BAF。

BAF不但能够发挥过滤的作用还能通过微生物挂膜的方式对煤气化进行处理,而活性炭作为BAF中过滤和挂膜的主要载体,其空隙多比表面积大吸附能力强等特点为这种工艺提供了很好的材料。曝气生物滤池常用滤料一般有陶粒火山岩、鲍尔环、拉西环等滤料,火山岩作为滤料效果很好但资源有限成本较高,而陶粒和其他滤料效果不如活性炭,相比较而言活性炭在BAF的应用中具有一定的优势,特别是现在新开发的活性炭更具有一定的价格优势,但效果有待检验。

2.3活性炭在煤气化废水中的其他应用

活性炭在煤气化废水回用水处理方面也有重要的应用,主要应用在回用水工艺超滤、纳滤或反渗透等装置前面的过滤器内,主要去除水中的有机物、悬浮物、游离氯等物质。活性炭还在生物泡沫的消泡上有一定的应用。

3、总结

活性炭吸附在煤气化废水处理应用中有一定的效果和优势,但目前我国的活性炭价格普遍偏高,再生率较低,吨水处理成本很高,从而限制活性炭的广泛使用。为进一步提高去除有机污染物的效率,改善出水水质,活性炭吸附组合工艺在水处理中得到较好的应用和发展。可以预测:活性炭吸附与其他工艺的组合应用将会是今后处理煤气化废水的有效手段。

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