一?粉末活性炭的凈水效能研究

    粉末活性炭吸附水中溶質(zhì)分子是一個復(fù)雜的過程,是幾種力綜合作用的結(jié)果,包括離子吸引力?范德華力?化學(xué)雜和力?根據(jù)吸附的雙速率擴散理論認為,吸附是一個由迅速擴散和緩慢擴散兩階段構(gòu)成的雙速過程,迅速擴散在數(shù)小時內(nèi)即完成,發(fā)揮了60%-80%活性炭的吸附容量?迅速擴散是溶質(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散的過程?這些大孔隙產(chǎn)生徑向的擴散阻力?當(dāng)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(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?

    (一)投加工藝的選擇

    國外專家曾對粉末活性炭的應(yīng)用情況進行分析研究,認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?根據(jù)國內(nèi)某水廠近年應(yīng)用粉末活性炭的經(jīng)驗認為,對于有生活污水?工業(yè)污水的排放,造成水體富營養(yǎng)化,導(dǎo)致水體藻類等微生物急劇繁殖等,屬于污染較嚴重?較為復(fù)雜的水源;枯水期時常散發(fā)成分復(fù)雜的異臭?異味,再加上取水河段為潮感河流,污水回蕩時間長,污染造成的危害較大?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;選取中孔較發(fā)達的木質(zhì)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(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?

    (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?某水廠投加粉末活性炭工藝如下:

    (二)投加粉末活性炭明顯改善出水水質(zhì)

    (1)投加粉末活性炭對去除色度有明顯效果?色度的去除有報道可達70%,色度低表明去除有機物的效率高,除鐵?錳的效果好?但去除色度的效果并沒有和投加活性炭量成正比,其復(fù)雜的機理,還有待下一步研究?

    (2)投加粉末活性炭對去除嗅味有明顯效果?南方某水體的富營養(yǎng)化水體不僅是藻類繁殖和殺滅過程產(chǎn)生的異臭,還面對復(fù)雜的工業(yè)排污污染,水體長期酚類物質(zhì)的異常濃度所引起的異臭?由于致臭物質(zhì)的動態(tài)性和不確定性,故臭味的定量分析成為十分艱難的課題,設(shè)想要經(jīng)過多年對特定水體的調(diào)查研究,設(shè)立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型,設(shè)立相應(yīng)的分析方法,才能逐步解決?目前臭味的檢測一般是用人的感官去鑒定,人為的誤差較大?除臭是粉末活性炭去除污染物的一個重要的綜合評價指標(biāo),也是供水行業(yè)目前面臨的確保飲用水安全的極其重要?難度相當(dāng)大的感官指標(biāo)?

    (3)投加活性炭有助于去除陰離子洗滌劑?國內(nèi)外化工行業(yè)早已有利用粉末活性炭,來凈化去除工業(yè)廢水中的洗滌劑的工藝?也是粉末活性炭去除較大分子合成有機物的一個評價指標(biāo)?

    (4)投加活性炭有助于對藻類的去除?投加了粉末活性炭阻隔了藻類的光吸收,同時在濁度較低的水源中有明顯的助凝作用,有助于在混凝沉淀中去除藻類?如應(yīng)用投加粉末活性炭?聚丙烯酰胺助凝?高錳酸鉀氧化的聯(lián)合協(xié)同作用,嚴格控制沉淀池出水濁度為1NTU以下,則藻類的去除率可高達95%-98%?

    (5)投加粉末活性炭使化學(xué)耗氧量(CODmn和CODcr)?五日生化需氧(BOD5)量大大降低,這些與水體有機污染程度正相關(guān)的表征指標(biāo)的下降,表明了水體有毒有害物質(zhì)的去除程度?

    (6)投加粉末活性炭對酚類的去除有良好的效果?上世紀30年代,國外已有采用粉末活性炭吸附焦化廠廢水中苯酚的工藝?根據(jù)水廠的應(yīng)用經(jīng)驗,認為在原水揮發(fā)性酚在0.005mg/L以下,投加粉末活性炭20mg/L以下,可以有效地去除;若原水揮發(fā)性酚在0.005mg/L以上,0.01mg/L以下,可明顯減低出廠水揮發(fā)性酚含量;但原水揮發(fā)性酚大于0.01mg/L時,單靠投加粉末活性炭,難以得到良好的去除效果?粉末活性炭對酚類的去除效果,是綜合評價吸附能力的重要指標(biāo),對于酚類污染嚴重的水體尤為重要?

    (7)投加活性炭粉時出水濁度的影響?投加活性炭后由于活性炭比重大,并具有良好吸附性能,吸附在絮狀物上,增加絮狀物的比重,使水中相當(dāng)部分有機物得到去除,具有良好的助凝性能?對于某濁度低,絮狀物由于有機膠體過多而輕浮的水體,助凝效果較顯著?投加粉末活性炭后,沉淀池?濾池出水濁度大幅度下降,自來水水質(zhì)大幅度提高?沉淀池出水濁度下降近60%,出廠水出水濁度下降近70%?但粉末活性炭投量大時,會發(fā)生微小碳粒穿透濾池的現(xiàn)象,影響出水濁度,所以當(dāng)投加量大時,要嚴格控制好濾速和濾池出水濁度?

    (8)投加粉末活性炭對水體致突變性的影響

    水體致突變性用Ames試驗檢驗,試驗菌種為TA98?TA100,用XAD樹脂吸附水樣中致突變有機物,洗脫物用平皿滲入法作三個濃度檢驗,用突變菌落數(shù)和對應(yīng)的受試物濃度作回歸曲線,以突變菌落數(shù)為自發(fā)回變菌落數(shù)兩倍時的對應(yīng)水樣體積作為該水樣的最低致突變劑量?比較各水樣的最低致突變劑量可知其所含致突變有機物的多少?

    某水廠水源常年致突變試驗呈陽性,常規(guī)處理加氯消毒后致突變性一般會增加;投加粉末活性炭后,首次出現(xiàn)出廠水致突變?yōu)殛幮?這不得不歸功于粉末活性炭對有機污染物的有效去除,從而證明投加粉末活性炭,是常規(guī)工藝改善飲用水水質(zhì)的簡捷途徑?

    投加粉末活性碳后,水體相當(dāng)部分有機物得到去除,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(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?

    二?粉末活性炭的吸附性能評價研究

    另一方面,對于吸附劑粉末活性炭,其內(nèi)表面化學(xué)結(jié)構(gòu)?比表面積可以影響吸附能力?在實際生產(chǎn)應(yīng)用中還有吸附速率的問題,活性炭顆粒的孔隙大小?粒徑分布決定了溶質(zhì)分子向碳粒內(nèi)部擴散的速度?所以活性炭的吸附能力和吸附速率兩方面決定了活性炭的質(zhì)量?因此如何評價選擇活性炭的種類和質(zhì)量,如何根據(jù)水源水質(zhì)選擇合適的碳種和投加量,成為生產(chǎn)中亟待研究解決的重要課題?