活性炭在自来水中的应用

活性炭在自来水中的应用


      活性炭是一种具有巨大比表面、多孔结构的炭。按其原料分类可分为煤质活性炭、木质炭、果壳炭和骨质炭；按其形态可分为柱状炭、破碎炭、粉末炭和纤维活性炭。活性炭的主要原料为煤、木材、果壳等富含碳元素的有机材料，通过活化而形成具有吸附能力的复杂的孔隙结构。孔隙中半径大于20000nm的为大孔，介于150-20000nm的为中孔，小于150nm的为微孔。活性炭的吸附作用主要发生在这些空隙和表面上，活性炭孔壁上大量的分子可以产生强大的引力将水和空气中的杂质吸引到孔隙中。
      活性炭的吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要发生在活性炭丰富的微孔中，用于去除水和空气中杂质，这些杂质的分子直径必须小于活性炭的孔径。不同的原材料和加工工艺造成活性炭不同的微孔结构、比表面积和孔径，适用于不同的需求。活性炭不仅含有碳元素，而且在其表面含有官能团，与被吸附的物质发生化学反应，从而与被吸附物质常发生在活性炭的表面。介质中的杂质通过物理吸附和化学吸附不断进入活性炭的多孔结构中，使活性炭吸附饱和、吸附效果下降。吸附饱和后的活性炭需要进行活化再生，恢复其吸附能力，重复使用。评价活性炭的吸附性能指标主要有亚甲蓝值、碘值和焦糖吸附值等，吸附容量越大，吸附效果越好。
      活性炭可应用于空气净化和给水、废水处理，用来分离或收集空气和水介质中的杂质。颗粒活性炭和粉末炭作用相同，均可用于水处理。颗粒炭不易流失，可再生重复使用，用于污染较轻，需连续运行的水处理工艺。粉末炭不易回收，一般为一次性使用，用于间歇的污染较严重的水处理工艺。给水处理的颗料活性炭一般微孔和中孔发达，应符合三项要求：吸附容量大、吸附速度快、机械强度好。粉末活性炭要求除具备以上特点外，粒度越小吸附效果越好。
      北京自来水集团所属的以地表水为水源的自来水厂都设有1.5米深的颗料活性炭滤池，设计滤速为9.5米/小时。活性炭滤池为给水处理中的深度处理工艺，可以有效地去除水中色度、异嗅异味和溶解的有机污染物，提高供水水质。颗粒活性炭在使用过程中根据原水水质情况定期进行反冲洗。一般采用水冲的形式，六天反洗一次，反冲强度需达到30%以上的滤池膨胀率。新炭主要以物理和化学吸附为主，使用一定时间炭表面形成生物膜后，则以生物降解作用为主。当评价活性炭吸附效果的指标降低到相关标准以下，或某种污染物指标穿透炭床时就必须进行更换或再生。新炭使用时需要浸泡24-48小时，之后还应进行反冲洗，以便去除残存的活性炭中的焦油及炭粉等杂质。反洗次数和排水浊度可根据处理水用途确定，给水处理活性炭反洗排水浊度一般可控制在2-5NTU。
       粉末活性炭在处理水中突发嗅味、工业污染物方面有很好的应用。2005年9-11月期间，由于密云水库嗅味物质含量高，北京自来水集团第九水厂就采用了在输水管道中投加粉末炭的技术，有效地去除了异味。在松花江受到硝基苯和苯污染期间，11月26-30日当污染水流经哈尔滨市期间，哈市供排水集团在建设部专家组的指导下，利用第九水厂的技术及时处理了水中硝基苯，达到了水质要求。
     在使用粉末炭时，必须根据所要去除污染物的种类和浓度进行吸附试验，以确定活性炭种类和所需的粉炭量。投加粉末炭之前，应注意先将炭粉制成炭浆定量均匀的加入水中，接触时间越长，除污染效果越好。在粉末炭的使用过程中还应注意以下安全问题；当粉尘浓度达到一定比例时遇明火易发生爆炸，故操作间禁止吸烟、火花及明火；应避免与氧化剂混放；由于粉末炭颗粒小、轻，在使用时应注意粉尘污染，操作员须配备防尘口罩，避免吸入肺中。