粉末活性炭,又名PAC,在水處理領域的應用已有百余年的歷史,近幾年已經發展成為為污染水源預處理,飲用水深度處理及突發性水源污染應急處理等領域的主流技術。國外利用粉末活性炭去除水中有機物、除色、除嗅味物質,己經取得成功的經驗和較好的去除效果。如上世紀20年代美國芝加哥,已成功利用粉末活性炭吸附工藝與慢砂過濾工藝相結合,防預了飲用水的氯酚污染;在東普魯士早已利用粉末活性炭消除季節性的原水藻類異味等[1]。活性炭吸附技術在該領域的應用也越來越受到廣大科技及工程技術人員的重視。
1、PAC的種類及吸附性能
PAC顆粒10～50微米,密度0.36～0.74g/m3,是具有弱極性的多空吸附材料,吸附能力強,活學性能穩定。活性炭孔徑差別大,對相對分子質量500～3000的有機物去除效果較好。目前工程應用中的活性炭主要有木質碳、果殼炭和煤質炭,研究表明木質碳和果殼炭的吸附性能明顯好于煤質炭。
粉末活性炭的凈水效能研究粉末活性炭吸附水中溶質分子是一個復雜的過程,是幾種力共同作用的結果,包括離子吸引力、范德華力、化學雜和力。根據吸附的雙速率擴散理論認為,吸附是一個由迅速擴散和緩慢擴散兩階段構成的雙速過程,迅速擴散在數小時內即完成,發揮了60％－80％活性炭的吸附容量。迅速擴散是溶質分子在碳粒內沿徑向均勻分布的阻力小的大孔隙中擴散的過程。這些大孔隙產生徑向的擴散阻力。當分子從大孔進一步進入與大孔相通的微孔中擴散時,由于受到狹窄孔徑所產生的很大阻力,從而極為緩慢。微孔也是在碳粒內均勻分布,但不構成徑向的擴散阻力。影響粉末活性炭吸附的因素涉及溶質分子極性、分子量大小、空間結構,這一點取決于水源水質的特征。活性炭對不同的物質分子具有選擇吸附性。
2、PAC應用技術
2.1 投加工藝的選擇
國外曾對粉末活性炭的應用情況進行分析研究,認為粉末活性炭對人工合成化學物的吸附去除主要取決于該化合物的類型。在選擇投加點時,必須考慮混合程度和處理接觸時間,盡量減少水處理藥劑對吸附的干擾。選取投加粉末活性炭工藝時,主要考慮;
(1)投加點要有充足的攪拌條件,使粉末活性炭能快速與處理水有良好的混合接觸。
(2)盡量延長粉末活性炭與水體接觸吸附時間,充分利用粉末活性炭的吸附能力,提高吸附率。
(3)盡量選取粒徑小的粉末活性炭,使同等重量的活性炭吸附面積相對大;選取中孔數目較發達的木質活性炭,力求提高活性炭對有機物的吸附效能。
(4)盡量減小水處理過程中的化學藥品干擾,如氯、高錳酸鉀、混凝劑等。
(5)要根據投加量的多少、場地條件選取干式或濕式投加。干式投加以變頻螺旋送料機來控制碳粉的投加量,以水射器作為主要的投加設備。
(6)根據水質污染狀態確定投加量。投加量從5～30mg/L不等。
2.2 廢水處理實例
在我國,粉狀活性炭吸附已用于部分污水處理廠的凈化工藝,如1976年湖南長嶺煉油廠、1986年大慶污水處理廠相繼建成大型粉狀活性炭處理過濾裝置。首鋼在焦化污水處理中應用粉狀活性炭處理高濃度污水,使焦化污水達到排放標準。城市污水及工業廢水中的有機物質,城市污水及工業廢水的COD、BOD含量較高,其中有些含有有毒物質,如苯類、酚類、農藥、及石油化工產品等。
投加粉末活性碳后,水體相當部分有機物得到去除,水體中膠狀物質含量減少,表面粘度下降。粉末活性碳吸附在絮凝物上,有利于絮體的架橋,能改善絮體的結構。所以對濁度較低、污染嚴重的水體,投加粉末活性炭除有良好的去除有機污染能力,同時還具有良好的助凝作用,使出水水質得到大幅度提高,是一種投資相對小、收效快,尤其是對于規模較大的舊水廠,是處理污染水源的一種可靠的凈化工藝[4]。
以四溴廢水中的酸水為例,酸水的水質的特點是;流量1.2m3/h,約合30m3/d;PH＜1,氯苯≤300mg/L,COD≤4000mg/L,SS≤100mg/L,中和調整PH值后含鹽量約2.5%。采用活性炭對這部分廢水進行吸附處理。利用粉末活性炭打漿后,按照每噸廢水投加4kg粉末活性炭的比例投加,經過與活性炭粉末的充分混合2h后,經過離心機離心使活性炭和廢水分離,測試出水水質結果為:COD=3343mg/L,氯苯=14.2mg/L,PH=8（綜合多次測量結果取平均值）。
2.3 工程中應解決的問題
(1)粉塵飛揚的污染問題。由于粉末活性炭在諸多環節如裝卸、拆包、配置、投加等環節中勞動強度大,容易引起粉塵飛揚,造成工作環境惡劣,成為制約粉末活性炭技術應用的一個關鍵、實質性的問題。
(2)投資、成本控制。粉末活性炭作為一種有效的強化或廢水深度處理方法,必須確保處理廢水水質較好,盡量延長其循環使用周期,以減少活性炭用量,節約運營費用。
3、結語
我國活性炭材料的生產與開發還僅處于初始階段,隨著環境保護各項法規的進一步建立與完善和綠色化學時代的到來,活性炭處理具有較好的發展前景。為了使活性炭這種神奇的綠色環保吸附材料能夠更廣泛地應用到廢水處理領域,應當在有效降低其成本的同時,針對特定的場合和目的有針對性地進行改性,使其能夠更好地應用于環境治理。
