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活性炭吸附技术在水处理中的应用

发布时间:2020-06-23 浏览

一、活性炭的特征及其吸附原理

1、特征

活性炭也称为活性炭黑,根据原材料及生产工艺的不同其颜色有一定的差异,但以黑褐色为主, 由于活性炭材料具有特殊的多孔结构使得其比表面积非常大,可达2000m2/g以上,因此具有较强的吸附性能,同时本身的疏水性能使得其在水处理领域得到广泛的应用。

2、吸附的原理

活性炭是一种常见的多孔吸附材料,其微观孔洞包括微孔(孔径小于2nm )、中孔(孔径2-50nm)以及大孔(孔径大于50nm),其中微孔和中孔结构占据活性炭材料的大部分比表面积,因此对活性炭材料的吸附能力有着决定性的影响,而大孔主要起到材料微观骨架以及通道的作用。由于活性炭强大的吸附能力以及疏水性,使得其在水溶液中得以迅速吸附水中的有机物以及悬浮物,并在吸附过程中在与水溶液的界面处形成一种“浓差极化作用”,导致附近的有机物、悬浮物等不断向活性炭移动而被其吸附,而实际上,活性炭的吸附作用是一个很复杂的过程,涉及到多方面的因素,随着吸附过程的进行,活性炭的吸附能力也会逐渐降低,此时要通过将活性炭进行脱附处理,以使其再生。

二、该技术在水处理中的应用及其发展

在水处理领域常用的活性炭,主要有粉末状和颗粒状两种,其中粉末状活性炭的比表面积更大,吸附能力更强,在实际工作中主要是采用与水溶液直接混合,在悬浮的状态下进行搅拌促进吸附作用,吸附效果好,但是不易回收,容易造成对水体的二次污染;而颗粒状活性炭主要以固定床、吸附柱等的填料存在,因此更易回收再生,可操作性强,但颗粒状活性炭本身的吸附能力有限,因此吸附效率不高。近年来也出现了其他特殊形态的活性炭制品,如炭纤维布、炭毡等,但由于成本较高限制了在实际水处理中的应用。

1、活性炭吸附法在污染水源净化中的运用

早在上个世纪二三十年代,欧美国家就已经将活性炭吸附法广泛用于被污染水源的水体净化,尤其是在枯水期这种污染会被放大,水体的色度大、臭味强,利用活性炭对有机物和氨等的强大吸附力对水体净化起到显著的效果,在实际工作中,如果水源污染呈现短期、高负荷的特点,一般采用投加粉状活性炭的方式,而如果污染持续性较强则一般采用颗粒状活性炭填料的吸附柱或流化床来进行处理,通过不断更换填料的方式以保持净化效果。

2、城市污水中活性炭吸附法的应用

城市污水在排放之前要经过污水处理厂的二级处理,污水中的大颗粒物、悬浮物通过絮凝、沉淀等过程得到去除,而有机物则在生物反应器内被大部分去除, 在大多数情况下通过二级污水处理后城市污水均能达标排放, 然而在一些对出水水质要求较高的场合,如需要对出水进行回用等, 就对出水水质提出了更高的要求,因此在实际工作中由污水二级处理工艺出来的水,要经过活性炭吸附装置对水中残余的有机物以及悬浮物进行进一步的去除,以达到回用标准。

3、在工业废水处理中活性炭吸附技术的应用

工业废水的成分复杂,一般要针对排放源的不同而制定不同的处理工艺,,在重金属含量较高(如电镀废水)、有机物含量(如屠宰废水)、毒性较大(如含氰废水)等场合可使用活性炭作为吸附剂,可作为污水处理工序的收尾工作,以促进工业废水的达标排放。

三、活性炭吸附组合工艺的运用及发展

在实际工作中,为进一步提高水处理效果,可将活性炭与其他物质组合使用,形成活性炭吸附组合工艺,常见的主要有以下几种:

1、活性炭与臭氧组合工艺

臭氧本身的氧化性很强对水体来说可起到较好的杀菌作用,对活性炭吸附处理工艺来说是个有效的补充,同时通过臭氧可以将大分子有机物分解为小分子形态,使之可以更易于进入活性炭的孔洞而被吸附,因此有促进活性炭吸附能力、提高吸附寿命的作用,将这两种物质组合使用可有效发挥二者的优势,提高水处理效果。

2、活性炭与高锰酸钾组合工艺

高锰酸钾是一种常见的强氧化剂,对富营养化水体来说可以有效抑止藻类的生长,同时利用活性炭的吸附性去除水中的小分子有机物,达到对水体除色、除味的目的,因此在常规的净水工艺中常将二者组合起来使用,实践证明净化效果很好。

3、生物活性炭工艺

生物膜法是常见的去除水中有机物的方法,利用人工培养的技术,使生物膜在活性炭内部生长,从而形成一个以活性炭材料为骨架的生物膜体系,可以有效延长有机污染物与生物膜的接触时间,并能够发挥活性炭的吸附作用,达到协同作用的目的,使污染物去除率大幅增加,同时生物膜在对污染物降解的同时,可以直接使活性炭再生,延长活性炭使用寿命。

4、活性炭与活性污泥组合工艺

在曝气池中,活性污泥对水体中有机物起到较好的生物降解作用,将活性炭投加到曝气池中形成活性炭与活性污泥的混合体,一方面利用活性污泥去除大部分有机物,另一方面通过活性炭吸附活性污泥无法降解的有机物质,同时活性炭的加入可有效改善活性污泥的压实密度,避免污泥膨胀。

5、活性炭与超滤组合工艺

超滤工艺对水中的病原菌以及有机物,可通过超滤膜的过滤作用有效去除,但其局限性在于容易造成膜污染,因此在超滤工艺前用活性炭吸附法对水体进行预处理,将水中的大部分有机物、悬浮物去除,降低水体浊度和色度,以降低后续超滤工艺的工作负荷,延长超滤膜使用寿命,同时用超滤工艺可有效解决活性炭吸附工艺无法解决的病原菌去除问题。

6、活性炭电解法

电解法可有效降解水中杂质,但由于传统电解水处理法中受电极面积所限使其污水处理效果受到限制,往往能耗较高,而活性炭本身具有良好的导电性,因此利用活性炭电极来替代传统电极,可发挥活性炭比表面积大、吸附性强等优点,提高电解效率,实践证明这种采用活性炭电极的电解水处理工艺电流效率较高,可比传统电解法更加节能,因此成为热门研究方向。

四、总结

活性炭吸附在水处理中应用较为广泛,可单独使用活性炭吸附对水体进行处理,同时利用活性炭与其他物质、技术的组合工艺可同时发挥各自的优势,促进出水水质的进一步提高,并且这种协同作用表现为更加节能,因此应当是未来水处理工艺的一个发展方向。

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