活性炭具有較強(qiáng)的吸附性和催化性能,原料充足且安全性高,耐酸堿、耐熱、不溶于水和有機(jī)溶劑、易再生等優(yōu)點(diǎn),是一種環(huán)境友好型吸附劑?;钚蕴孔鳛橐环N優(yōu)良的吸附劑在給水處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,是去除水中有機(jī)物、嗅、特別是合成有機(jī)物的有效手段?;钚蕴烤哂泻艽蟮奈叫阅苤饕怯善涮厥獾谋砻娼Y(jié)構(gòu)特性和表面化學(xué)特性所決定,同時(shí)活性炭的電化學(xué)性質(zhì)對(duì)吸附性能也有很大影響。
隨著城市生活飲用水水源受污染程度日益加劇,為提升飲用水水質(zhì),需要改造水廠常規(guī)水處理工藝,臭氧-活性炭深度水處理技術(shù)的應(yīng)用將日益普及,活性炭的選型將直接影響深度水處理的效果和投資建設(shè)資金。
2活性炭
活性炭廣泛用于工業(yè)三廢治理、溶劑回收、食品飲料提、載體、醫(yī)藥、黃金提取、半導(dǎo)體應(yīng)用、電池和電能貯存等。調(diào)整活性炭的孔隙結(jié)構(gòu),對(duì)表面基團(tuán)進(jìn)行改性,對(duì)提高其特殊性能和特定吸附催化作用具有十分重要的作用。
絕大部分含碳物質(zhì)都可制備活性炭,如木材、鋸末、煤類(lèi)、泥炭類(lèi)、果殼、果核、蔗渣及稻殼、石油廢料、廢舊塑料、廢舊皮革、廢輪胎、造紙廢料、城市垃圾等廢棄物。目前普遍認(rèn)為果殼是制備活性炭的原料,但我國(guó)果殼資源十分有限,且不易集中、貯存,價(jià)格昂貴。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)各種價(jià)格較低、來(lái)源廣泛的廢棄物相繼進(jìn)行了制備活性炭的試驗(yàn)[1]。目前由廢棄物制得的活性炭性能并不高,實(shí)際應(yīng)用還較少,但因其價(jià)格低廉、含碳率高、材料易得、原料充足且綠色無(wú)毒而日益受到青睞。有效地利用廢棄物生產(chǎn)活性炭,不僅可節(jié)約資源且有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
在環(huán)保產(chǎn)業(yè)當(dāng)中,活性炭用量較大的是城市水源凈化工程和污水處理工程,約占環(huán)保產(chǎn)業(yè)活性炭總用量的70%以上;其次是空氣凈化,活性炭用量也在逐年上升。然而,活性炭生產(chǎn)過(guò)程卻存在著一定程度的環(huán)境污染。在環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)的情況下,解決好活性炭生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)保問(wèn)題,是活性炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大課題。有指出:未來(lái)10-20年,我國(guó)的活性炭需求將進(jìn)一步加大,中國(guó)活性炭產(chǎn)業(yè)將向著低消耗、低污染和高品質(zhì)、高科技的方向發(fā)展[2]。
活性炭作為優(yōu)良的吸附劑在飲水的凈化、廢水的深度處理、凈化或儲(chǔ)存氣體等方面有著廣泛的應(yīng)用。研究表明,活性炭主要對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量小于3000,尤其是500-1000的有機(jī)物吸附作用較強(qiáng)。影響活性炭性能的主要因素有比表面積大小、孔容和孔徑分布。一般比表面積、孔容越大,其吸附能力越強(qiáng)。
3活性炭在凈水技術(shù)中的應(yīng)用
目前,城市飲用水處理工藝以去除懸浮物、濁度和病原微生物的混凝→沉淀→過(guò)濾→消毒常規(guī)處理工藝為主,并根據(jù)水源水的特性選擇適當(dāng)?shù)奶幚順?gòu)筑物類(lèi)型,組合成飲用水處理工藝流程。消毒方式主要以氯消毒為主,也有少數(shù)水廠采用二氧化氯、臭氧或紫外線消毒。出水水質(zhì)一般要求達(dá)到頒布的生活飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于水質(zhì)良好的水源,傳統(tǒng)的水處理工藝可獲得安全合格的飲用水。但隨著水源水的污染,在對(duì)有機(jī)物去除、降低三氮含量這些目前飲用水急需解決的問(wèn)題上,傳統(tǒng)的水處理工藝滿足不了要求,大部分地區(qū)的飲用水雖然經(jīng)過(guò)了常規(guī)處理,但仍然含有多種多樣的微量有機(jī)物,特別是有毒有害、致畸、致癌和致突變物質(zhì)逐漸增多,人們長(zhǎng)期飲用,會(huì)出現(xiàn)眩暈、疲勞、脫發(fā)、癌癥發(fā)病率增高等現(xiàn)象。隨著城市化和工業(yè)化的迅猛發(fā)展,飲用水中不斷出現(xiàn)新的病原微生物因子,加氯消毒也不能有效殺滅水中的病原菌、病毒和抗氯型的病原寄生蟲(chóng)如賈第蟲(chóng)胞囊和隱孢子蟲(chóng)卵囊等??孤刃筒≡⑸锶珉[孢子蟲(chóng)的出現(xiàn)也使人們對(duì)傳統(tǒng)的加氯消毒工藝產(chǎn)生了質(zhì)疑。
為了改善和提高飲用水水質(zhì),有效地去除飲用水中微量有機(jī)物以及鐵、錳、重金屬離子等有害物質(zhì),防止THMs等致畸、致癌物質(zhì)的產(chǎn)生,世界上眾多的都開(kāi)展了這方面的研究,并采取了相應(yīng)的措施。從現(xiàn)有的資料來(lái)看,飲用水深度凈化主要采取預(yù)氧化、活性炭吸附和臭氧氧化等措施。
活性炭在凈化給水方面不僅對(duì)色、嗅去除效果良好,而且對(duì)合成洗滌劑ABS、三鹵甲烷(THMs)、鹵代烴、游離氯也有較高的吸附能力,也能有效地去除幾乎無(wú)法分解的氨基甲酸酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑等?;钚蕴磕苡行У厝コ械挠坞x氯和某些重金屬(如Hg,Sb,Sn,Cr)且不易產(chǎn)生二次污染,常用于家庭用水及飲用水的凈化處理工藝中。活性炭在廢水處理方面的主要優(yōu)點(diǎn)是處理程度高、出水水質(zhì)穩(wěn)定。與其他方法配合使用可獲得質(zhì)量很高的出水水質(zhì),甚至達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。在凈水技術(shù)中,一般分為預(yù)處理和深度處理技術(shù)。