浅谈粉末活性炭在废水处理中的应用
粉末活性炭,又名PAC,在水处理领域的应用已有百余年的历史,近几年已经发展成为为污染水源预处理,饮用水深度处理及突发性水源污染应急处理等领域的主流技术。国外利用粉末活性炭去除水中有机物、除色、除嗅味物质,己经取得成功的经验和较好的去除效果。如上世纪20年代美国芝加哥,已成功利用粉末活性炭吸附工艺与慢砂过滤工艺相结合,防预了饮用水的氯酚污染;在东普鲁士早已利用粉末活性炭消除季节性的原水藻类异味等[1]。活性炭吸附技术在该领域的应用也越来越受到广大科技及工程技术人员的重视。
1、PAC的种类及吸附性能
PAC颗粒10～50微米,密度0.36～0.74g/m3,是具有弱极性的多空吸附材料,吸附能力强,活学性能稳定。活性炭孔径差别大,对相对分子质量500～3000的有机物去除效果较好。目前工程应用中的活性炭主要有木质碳、果壳炭和煤质炭,研究表明木质碳和果壳炭的吸附性能明显好于煤质炭[2]。
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,是几种力共同作用的结果,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。这些大孔隙产生径向的扩散阻力。当分子从大孔进一步进入与大孔相通的微孔中扩散时,由于受到狭窄孔径所产生的很大阻力,从而极为缓慢。微孔也是在碳粒内均匀分布,但不构成径向的扩散阻力。影响粉末活性炭吸附的因素涉及溶质分子极性、分子量大小、空间结构,这一点取决于水源水质的特征。活性炭对不同的物质分子具有选择吸附性。
2、PAC应用技术
2.1 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。选取投加粉末活性炭工艺时,主要考虑[3];
(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;选取中孔数目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。干式投加以变频螺旋送料机来控制碳粉的投加量,以水射器作为主要的投加设备。
(6)根据水质污染状态确定投加量。投加量从5～30mg/L不等。
2.2 废水处理实例
在我国,粉状活性炭吸附已用于部分污水处理厂的净化工艺,如1976年湖南长岭炼油厂、1986年大庆污水处理厂相继建成大型粉状活性炭处理过滤装置。首钢在焦化污水处理中应用粉状活性炭处理高浓度污水,使焦化污水达到排放标准。城市污水及工业废水中的有机物质,城市污水及工业废水的COD、BOD含量较高,其中有些含有有毒物质,如苯类、酚类、农药、氰化物及石油化工产品等。
投加粉末活性碳后,水体相当部分有机物得到去除,水体中胶状物质含量减少,表面粘度下降。粉末活性碳吸附在絮凝物上,有利于絮体的架桥,能改善絮体的结构。所以对浊度较低、污染严重的水体,投加粉末活性炭除有良好的去除有机污染能力,同时还具有良好的助凝作用,使出水水质得到大幅度提高,是一种投资相对小、收效快,尤其是对于规模较大的旧水厂,是处理污染水源的一种可靠的净化工艺[4]。
以四溴废水中的酸水为例,酸水的水质的特点是;流量1.2m3/h,约合30m3/d;PH＜1,氯苯≤300mg/L,COD≤4000mg/L,SS≤100mg/L,中和调整PH值后含盐量约2.5%。采用活性炭对这部分废水进行吸附处理。利用粉末活性炭打浆后,按照每吨废水投加4kg粉末活性炭的比例投加,经过与活性炭粉末的充分混合2h后,经过离心机离心使活性炭和废水分离,测试出水水质结果为:COD=3343mg/L,氯苯=14.2mg/L,PH=8（综合多次测量结果取平均值）。
2.3 工程中应解决的问题
(1)粉尘飞扬的污染问题。由于粉末活性炭在诸多环节如装卸、拆包、配置、投加等环节中劳动强度大,容易引起粉尘飞扬,造成工作环境恶劣,成为制约粉末活性炭技术应用的一个关键、实质性的问题。
(2)投资、成本控制。粉末活性炭作为一种有效的强化或废水深度处理方法,必须确保处理废水水质较好,尽量延长其循环使用周期,以减少活性炭用量,节约运营费用。
3、结语
我国活性炭材料的生产与开发还仅处于初始阶段,随着环境保护各项法规的进一步建立与完善和绿色化学时代的到来,活性炭处理具有较好的发展前景。为了使活性炭这种神奇的绿色环保吸附材料能够更广泛地应用到废水处理领域,应当在有效降低其成本的同时,针对特定的场合和目的有针对性地进行改性,使其能够更好地应用于环境治理。
参考文献
[1]崔节虎,杜秀红,郑宾国.粉末活性炭对模拟对苯二酚废水吸附研究[J].光谱实验室,2009,26(4):1023-1026.
[2]王秀芳,张会平,肖新颜等.高比表面积活性炭研究进展[J].功能材料,2005,36(7):975-976.
[3]郭瑞霞,李宝华.活性炭在水处理应用中的研究进展[J].炭素技术,2006,25(1):20-24.
[4]Namane A,Hellal A.The Dynamic Adsorption Characteristics of Phenol by Granular Activated Carbon[J].Journal of Hazardous Materials,2006,137(1):618-625.