粉末活性炭,又名PAC,在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用已有百余年的歷史,近幾年已經(jīng)發(fā)展成為為污染水源預(yù)處理,飲用水深度處理及突發(fā)性水源污染應(yīng)急處理等領(lǐng)域的主流技術(shù)。國外利用粉末活性炭去除水中有機(jī)物、除色、除嗅味物質(zhì),己經(jīng)取得成功的經(jīng)驗(yàn)和較好的去除效果。如上世紀(jì)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(jié)合,防預(yù)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(jié)性的原水藻類異味等[1]。活性炭吸附技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越受到廣大科技及工程技術(shù)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(qiáng),活學(xué)性能穩(wěn)定。活性炭孔徑差別大,對相對分子質(zhì)量500～3000的有機(jī)物去除效果較好。目前工程應(yīng)用中的活性炭主要有木質(zhì)碳、果殼炭和煤質(zhì)炭,研究表明木質(zhì)碳和果殼炭的吸附性能明顯好于煤質(zhì)炭。
粉末活性炭的凈水效能研究粉末活性炭吸附水中溶質(zhì)分子是一個(gè)復(fù)雜的過程,是幾種力共同作用的結(jié)果,包括離子吸引力、范德華力、化學(xué)雜和力。根據(jù)吸附的雙速率擴(kuò)散理論認(rèn)為,吸附是一個(gè)由迅速擴(kuò)散和緩慢擴(kuò)散兩階段構(gòu)成的雙速過程,迅速擴(kuò)散在數(shù)小時(shí)內(nèi)即完成,發(fā)揮了60％－80％活性炭的吸附容量。迅速擴(kuò)散是溶質(zhì)分子在碳粒內(nèi)沿徑向均勻分布的阻力小的大孔隙中擴(kuò)散的過程。這些大孔隙產(chǎn)生徑向的擴(kuò)散阻力。當(dāng)分子從大孔進(jìn)一步進(jìn)入與大孔相通的微孔中擴(kuò)散時(shí),由于受到狹窄孔徑所產(chǎn)生的很大阻力,從而極為緩慢。微孔也是在碳粒內(nèi)均勻分布,但不構(gòu)成徑向的擴(kuò)散阻力。影響粉末活性炭吸附的因素涉及溶質(zhì)分子極性、分子量大小、空間結(jié)構(gòu),這一點(diǎn)取決于水源水質(zhì)的特征。活性炭對不同的物質(zhì)分子具有選擇吸附性。
2、PAC應(yīng)用技術(shù)
2.1 投加工藝的選擇
國外曾對粉末活性炭的應(yīng)用情況進(jìn)行分析研究,認(rèn)為粉末活性炭對人工合成化學(xué)物的吸附去除主要取決于該化合物的類型。在選擇投加點(diǎn)時(shí),必須考慮混合程度和處理接觸時(shí)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(shí),主要考慮;
(1)投加點(diǎn)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(shí)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(shù)目較發(fā)達(dá)的木質(zhì)活性炭,力求提高活性炭對有機(jī)物的吸附效能。
(4)盡量減小水處理過程中的化學(xué)藥品干擾,如氯、高錳酸鉀、混凝劑等。
(5)要根據(jù)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(jī)來控制碳粉的投加量,以水射器作為主要的投加設(shè)備。
(6)根據(jù)水質(zhì)污染狀態(tài)確定投加量。投加量從5～30mg/L不等。
2.2 廢水處理實(shí)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(yīng)用粉狀活性炭處理高濃度污水,使焦化污水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。城市污水及工業(yè)廢水中的有機(jī)物質(zhì),城市污水及工業(yè)廢水的COD、BOD含量較高,其中有些含有有毒物質(zhì),如苯類、酚類、農(nóng)藥、及石油化工產(chǎn)品等。
投加粉末活性碳后,水體相當(dāng)部分有機(jī)物得到去除,水體中膠狀物質(zhì)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(jié)構(gòu)。所以對濁度較低、污染嚴(yán)重的水體,投加粉末活性炭除有良好的去除有機(jī)污染能力,同時(shí)還具有良好的助凝作用,使出水水質(zhì)得到大幅度提高,是一種投資相對小、收效快,尤其是對于規(guī)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(zhì)的特點(diǎn)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(diào)整PH值后含鹽量約2.5%。采用活性炭對這部分廢水進(jìn)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(jīng)過與活性炭粉末的充分混合2h后,經(jīng)過離心機(jī)離心使活性炭和廢水分離,測試出水水質(zhì)結(jié)果為:COD=3343mg/L,氯苯=14.2mg/L,PH=8（綜合多次測量結(jié)果取平均值）。
2.3 工程中應(yīng)解決的問題
(1)粉塵飛揚(yáng)的污染問題。由于粉末活性炭在諸多環(huán)節(jié)如裝卸、拆包、配置、投加等環(huán)節(jié)中勞動強(qiáng)度大,容易引起粉塵飛揚(yáng),造成工作環(huán)境惡劣,成為制約粉末活性炭技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵、實(shí)質(zhì)性的問題。
(2)投資、成本控制。粉末活性炭作為一種有效的強(qiáng)化或廢水深度處理方法,必須確保處理廢水水質(zhì)較好,盡量延長其循環(huán)使用周期,以減少活性炭用量,節(jié)約運(yùn)營費(fèi)用。
3、結(jié)語
我國活性炭材料的生產(chǎn)與開發(fā)還僅處于初始階段,隨著環(huán)境保護(hù)各項(xiàng)法規(guī)的進(jìn)一步建立與完善和綠色化學(xué)時(shí)代的到來,活性炭處理具有較好的發(fā)展前景。為了使活性炭這種神奇的綠色環(huán)保吸附材料能夠更廣泛地應(yīng)用到廢水處理領(lǐng)域,應(yīng)當(dāng)在有效降低其成本的同時(shí),針對特定的場合和目的有針對性地進(jìn)行改性,使其能夠更好地應(yīng)用于環(huán)境治理。
