污水處理活性炭濾料

1、活性炭的吸附性

吸附性質(zhì)是活性炭的首要性質(zhì)。活性炭具有像石墨晶粒卻無規(guī)則地排列的微晶，在活化過程中微晶間產(chǎn)生了形狀不同、大小不一的孔隙。按IUPAC方法分：微孔小于1.0nm、中孔 1~25nm、大孔大于25nm。活性炭微孔的孔隙容積一般只有0. 25~0. 9Ml/g，孔隙數(shù)量約為 1020 個(gè)/g, 全部微孔比表面積約為500~1500㎡/g , 也有稱高達(dá)3500 ~5000㎡/g的。這些孔隙特別是微孔提供了巨大的表面積。

活性炭幾乎95% 以上的表面積都在微孔中，因此微孔是決定活性炭吸附性能高低的重要因素。中孔的孔隙容積一般約為0. 02~1.0mL/g, 比表面積最高可達(dá)幾百平米，能為吸附物提供進(jìn)入微孔的通道，又能直接吸附較大的分子。大孔的孔隙容積一般約為0. 2 -0.5mL/ g , 比表面積約0.5 ~2㎡/g, 其作用一是使吸附質(zhì)分子快速深入活性炭內(nèi)部較小的孔隙中去；二是作為催化劑載體，作為催化劑載體時(shí)，催化劑只有少量沉淀在微孔內(nèi)，大都沉淀在大孔和中孔之中。

2、影響活性炭吸附的主要因素

由于活性炭水處理所涉及的吸附過程和作用原理較為復(fù)雜，因此影響因素也較多，主要有活性炭的性質(zhì)、水中污染物的性質(zhì)、活性炭處理的過程原理以及選擇的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)與操作條 件等有關(guān)。

1）活性炭的性質(zhì)

用于水處理的活性炭應(yīng)有三項(xiàng)要求：吸附容量大、吸附速度快、機(jī)械強(qiáng)度好。活性炭的吸附容量除其他外界條件外，主要與活性炭比表面積有關(guān)，比表面積大，微孔數(shù)量多，可吸 附在細(xì)孔壁上的吸附質(zhì)就多。吸附速度主要與粒度及細(xì)孔分布有關(guān)，水處理用的活性炭，要 求過渡孔（半徑2. 0~100nm )較為發(fā)達(dá)，有利于吸附質(zhì)向微細(xì)孔中擴(kuò)散。活性炭的粒度越小吸附速度越快，但水頭損失要增大，一般在8~30目范圍較宜。活性炭的機(jī)械耐磨強(qiáng)度，直接影響活性炭的使用壽命。

2）吸附質(zhì)（溶質(zhì)或污染物）性質(zhì)同一種活性炭對(duì)于不同污染物的吸附能力有很大差別。

a.溶解度

對(duì)同一族物質(zhì)的溶解度隨鏈的加長而降低，而吸附容量隨同系物的系列上升或分子量的 增大而增加。溶解度越小，越易吸附，如活性炭從水中吸附有機(jī)酸的次序是按甲酸→乙酸→丙酸→丁酸而增加。

b.分子大小與化學(xué)結(jié)構(gòu)

吸附質(zhì)分子的大小和化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)吸附也有較大的影響。因?yàn)槲剿俣仁軆?nèi)擴(kuò)散速度的影 響，吸附質(zhì)（溶質(zhì)）分子的大小與活性炭孔徑大小成一定比例，最利于吸附。在同系物中， 分子大的較分子小的易吸附。不飽和鍵的有機(jī)物較飽和的易吸附。芳香族的有機(jī)物較脂肪族 的有機(jī)物易于吸附。

c.極性

活性炭基本可以看成是一種非極性的吸附劑，對(duì)水中非極性物質(zhì)的吸附能力大于極性物質(zhì)。

d.吸附質(zhì)濃度

吸附質(zhì)的濃度在一定范圍時(shí)，隨著濃度增高，吸附容量增大。因此吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的濃度變化，活性炭對(duì)該種吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的吸附容量也變化。

3）溶液pH

溶液pH值對(duì)吸附的影響，要與活性炭和吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的影響綜合考慮。溶液pH值控制了酸性或堿性化合物的離解度，當(dāng)pH值達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)，這些化合物就要離解，影響對(duì)這些化合物的吸附。溶液的pH值還會(huì)影響吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的溶解度，以及影響膠體物質(zhì)吸附質(zhì)（溶質(zhì)）的帶電情況。由于活性炭能吸附水中氫、氧離子，因此影響對(duì)其他離子的吸附。活性炭從水中吸附有機(jī)污染物質(zhì)的效果，一般隨溶液pH值的增加而降低，pH值高于9. 0時(shí)，不易吸附，pH值越低時(shí)效果越好。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)通過試驗(yàn)確定最佳pH值范圍。

4）溶液溫度

因?yàn)橐合辔綍r(shí)，吸附熱較小，所以溶液溫度的影響較小。吸附是放熱反應(yīng)。吸附熱越大，溫度對(duì)吸附的影響越大。另一方面，溫度對(duì)物質(zhì)的溶解度有影響，因此對(duì)吸附也有影響。用活性炭處理污水時(shí)，溫度對(duì)吸附的影響不顯著。

5）多組分吸附質(zhì)共存

應(yīng)用吸附法處理水時(shí)，通常水中不是單一的污染物質(zhì)，而是多組分污染物的混合物。在吸附時(shí)，它們之間可以共吸附，互相促進(jìn)或互相干擾。一般情況下，多組分吸附時(shí)分別的吸 附容量比單組分吸附時(shí)低。

6）吸附操作條件

因?yàn)榛钚蕴恳合辔綍r(shí)，外擴(kuò)散（液膜擴(kuò)散）速度對(duì)吸附有影響，所以吸附裝管的型式、

接觸時(shí)間（通水速度）等對(duì)吸附效果都有影響。

3、生物活性炭工藝在廢水處理中的應(yīng)用

1）粉末活性炭活性污泥法在印染廢水處理中的應(yīng)用

相關(guān)研究人員采用缺氧好氧混凝沉淀亞濾富氧生物炭工藝處理漂染廠印染廢水處理。 廢水的進(jìn)水COD600 ~1200mg/L、色度300~600倍、pH11~13, 混凝沉淀的藥劑采用FeCl與NaOH , 亞濾利用陶粒微孔分離細(xì)小大分子的機(jī)理去除難處理的有機(jī)物，富氧生物炭工藝?yán)蒙锾繉?duì)低濃度的有機(jī)物進(jìn)行吸附。工程運(yùn)行結(jié)果表明，其中的缺氧好氧對(duì)COD的去除率達(dá)到50% , 亞濾富氧生物炭工藝對(duì)COD的整的去除率達(dá)到65% , 對(duì)色度的去除率達(dá)到75%, 活性炭更換周期長，文獻(xiàn)中的處理成本0.7 元/ m3廢水，但沒有提供具體的工藝參數(shù)與運(yùn)行情況。

其他研究人員也采用水解接觸氧化氣浮＋生物炭工藝處理COD濃度為2550mg/L的印染廢水。水解設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為9h。為提高水解的處理效果，池中配備有穿孔管進(jìn)行布水， 同時(shí)設(shè)置有填料掛膜。接觸氧化設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為6. 7h , 氣水比為25: 1。

氣浮使用的藥劑為聚鋁，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為60min , 其中反應(yīng)段時(shí)間為10min。沉淀段水力停留時(shí)間為1h,生物炭池內(nèi)進(jìn)行曝氣，氣水比為5: 1。總排放口水質(zhì)能穩(wěn)定達(dá)到《廢水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 ( GB 8978—96 )一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，工程投資費(fèi)用為960元/m3廢水，當(dāng)時(shí)的運(yùn)行費(fèi)用為2. 04元/m3廢水。文獻(xiàn)中提出了由于氣浮水中存在的氣泡導(dǎo)致后段沉淀效果不佳，影響生物炭池。可以在沉淀段加一個(gè)管道器，投加少量的高效混凝藥劑加強(qiáng)沉淀效果，減輕對(duì)生物炭池的影響。改造后可以形成了一個(gè)生化＋二級(jí)物化＋其他深度處理的工程措施，適應(yīng)高濃度的印染廢水的處理。

生物炭工藝處理印染廢水

水解→接觸氧化→氣浮—生物炭工藝處理印染廢水流程

2）顆粒狀活性炭在玻璃纖維廢水深度處理中的應(yīng)用

某玻璃纖維生產(chǎn)企業(yè)主生產(chǎn)污水主要來自玻璃纖維表面處理工序，水中的污染物質(zhì)主要是“浸潤劑”組分（環(huán)氧乳液、PVAC乳液、聚氨酣乳液、潤滑劑及抗靜電劑、各種偶聯(lián)劑等）以及微細(xì)玻璃纖維等懸浮物。除溶劑外，大部分是熱穩(wěn)定性高、難溶于水的高分子有機(jī) 物，具有密度輕、顆粒細(xì)、可生化性差等特點(diǎn)。

日排放廢水量800t ,設(shè)計(jì)采用的工藝為氣浮＋接觸氧化＋炭砂過濾工藝，出水排放執(zhí)行國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 ( GB 8978—1996）的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

顆粒狀活性炭深度處理玻璃纖維廢水工藝流程

由于廢水表面活性物質(zhì)較多，懸浮物疏水性較強(qiáng)且質(zhì)量輕，預(yù)處理采用氣浮工藝。氣浮工藝采用進(jìn)口氣液混合泵；炭砂過濾器承托層采用石英砂，內(nèi)裝中φ2~3mm、h=6mm規(guī)格的柱狀活性炭粒，反沖洗根據(jù)過濾器內(nèi)壓力控制（正常運(yùn)行為0.02~0.06MPa) , 一般周期為 3~5天出當(dāng)原水濃度較低時(shí)，終沉后已能達(dá)標(biāo)，可跨越生物炭床直接排放。其工程主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)見下表：

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