粉末活性炭 吸附 投加

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        編者按：由澳門自來(lái)水有限公司、中國(guó)水協(xié)科技委、中法水務(wù)投資有限公司和法國(guó)蘇伊士集團(tuán)主辦的水質(zhì)技術(shù)發(fā)展研討會(huì)*近在澳門舉行。研討會(huì)共收到論文２０余篇，中外水業(yè)專家、學(xué)者就微污染水源水紫外線預(yù)處理滅藻技術(shù)、粉末活性炭在凈水處理中的應(yīng)用、改進(jìn)清水池設(shè)計(jì)以提高消毒效率及減少消毒副產(chǎn)物等課題進(jìn)行了探討，對(duì)行業(yè)水質(zhì)技術(shù)的提高具有積很 的推動(dòng)作用。由于版面有限，本報(bào)選擇篇幅較短小的論文刊發(fā)，以饗行業(yè)讀者。

   國(guó)外利用粉末活性炭去除水中有機(jī)物、除色、除嗅味物質(zhì)己取得成功的經(jīng)驗(yàn)與較好的去除效果。如上世紀(jì)２０年代美國(guó)芝加哥，已成功利用粉末活性炭與慢砂過(guò)濾工藝相結(jié)合，防預(yù)了飲用水的氯酚污染；在東普魯士早已利用粉末活性炭消除季節(jié)性的原水藻類異味等。認(rèn)為雖然顆粒活性炭能保證良好的工藝性，但吸附循環(huán)的較短時(shí)間仍是粉末活性炭的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)利用粉末活性炭去除污染物正處于研究之中，目前實(shí)際的應(yīng)用仍然不多。粉末活性炭的投加量與水的濁度、臭味物質(zhì)的濃度有關(guān)，投加量應(yīng)根據(jù)水質(zhì)的特點(diǎn)試驗(yàn)確定。研究的關(guān)鍵是如何根據(jù)自身企業(yè)的實(shí)際情況，致突變污染物的組成，不同水源水廠不同工藝配置的特點(diǎn)，進(jìn)行大量的室內(nèi)外試驗(yàn)，尋找相適應(yīng)的投加工藝和投加碳的品種，以期建立相對(duì)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單易行的投加粉末活性炭工藝。

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(gè)復(fù)雜的過(guò)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(kuò)散理論認(rèn)為，吸附是一個(gè)由迅速擴(kuò)散和緩慢擴(kuò)散兩階段構(gòu)成的雙速過(guò)程，迅速擴(kuò)散在數(shù)小時(shí)內(nèi)即完成，發(fā)揮了６０％－８０％活性炭的吸附容量。迅速擴(kuò)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(kuò)散的過(guò)程。這些大孔隙產(chǎn)生徑向的擴(kuò)散阻力。當(dāng)分子從大孔進(jìn)一步進(jìn)入與大孔相通的微孔中擴(kuò)散時(shí)，由于受到狹窄孔徑所產(chǎn)生的很大阻力，從而很 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(kuò)散阻力。影響粉末活性炭吸附的因素涉及溶質(zhì)分子很 性、分子量大小、空間結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)取決于水源水質(zhì)的特征。活性炭對(duì)不同的物質(zhì)分子具有選擇吸附性。

（一）投加工藝的選擇

國(guó)外專家曾對(duì)粉末活性炭的應(yīng)用情況進(jìn)行分析研究，認(rèn)為粉末活性炭對(duì)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(diǎn)時(shí)，需考慮混合程度和處理接觸時(shí)間，盡量減少水處理藥劑對(duì)吸附的干擾。根據(jù)國(guó)內(nèi)某水廠近年應(yīng)用粉末活性炭的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，對(duì)于有生活污水、工業(yè)污水的排放，造成水體富營(yíng)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(yán)重、較為復(fù)雜的水源；枯水期時(shí)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(shí)間長(zhǎng)，污染造成的危害較大。選取投加粉末活性炭工藝時(shí)，主要考慮：

（１）投加點(diǎn)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(zhǎng)粉末活性炭與水體接觸吸附時(shí)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(duì)大；選取中孔較發(fā)達(dá)的木質(zhì)活性炭，力求提高活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附效能。

（４）盡量減小水處理過(guò)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(chǎng)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(duì)去除色度有明顯效果。色度的去除有報(bào)道可達(dá)７０％，色度低表明去除有機(jī)物的效率高，除鐵、錳的效果好。但去除色度的效果并沒(méi)有和投加活性炭量成正比，其復(fù)雜的機(jī)理，還有待下一步研究。

（２）投加粉末活性炭對(duì)去除嗅味有明顯效果。南方某水體的富營(yíng)養(yǎng)化水體不僅是藻類繁殖和殺滅過(guò)程產(chǎn)生的異臭，還面對(duì)復(fù)雜的工業(yè)排污污染，水體長(zhǎng)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(dòng)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(guò)多年對(duì)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(cè)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(gè)重要的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，也是供水行業(yè)目前面臨的確保飲用水*的很 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(guó)內(nèi)外化工行業(yè)早已有利用粉末活性炭，來(lái)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(jī)物的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（４）投加活性炭有助于對(duì)藻類的去除。投加了粉末活性炭阻隔了藻類的光吸收，同時(shí)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(yán)格控制沉淀池出水濁度為１ＮＴＵ以下，則藻類的去除率可高達(dá)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(jī)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(duì)酚類的去除有良好的效果。上世紀(jì)30年代，國(guó)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(yàn)，認(rèn)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(shí)，單靠投加粉末活性炭，難以*良好的去除效果。粉末活性炭對(duì)酚類的去除效果，是綜合評(píng)價(jià)吸附能力的重要指標(biāo)，對(duì)于酚類污染嚴(yán)重的水體尤為重要。

（７）投加活性炭粉時(shí)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(jī)物*去除，具有良好的助凝性能。對(duì)于某濁度低，絮狀物由于有機(jī)膠體過(guò)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(lái)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(shí)，會(huì)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(shí)，要嚴(yán)格控制好濾速和濾池出水濁度。

（８）投加粉末活性炭對(duì)水體致突變性的影響

水體致突變性用Ａｍｅｓ試驗(yàn)檢驗(yàn)，試驗(yàn)菌種為ＴＡ９８、ＴＡ１００，用ＸＡＤ樹(shù)脂吸附水樣中致突變有機(jī)物，洗脫物用平皿滲入法作三個(gè)濃度檢驗(yàn)，用突變菌落數(shù)和對(duì)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(shí)的對(duì)應(yīng)水樣體積作為該水樣的*致突變劑量。比較各水樣的*致突變劑量可知其所含致突變有機(jī)物的多少。

某水廠水源常年致突變?cè)囼?yàn)呈陽(yáng)性，常規(guī)處理加氯消毒后致突變性一般會(huì)增加；投加粉末活性炭后，頭次出現(xiàn)出廠水致突變?yōu)殛幮浴＿@不得不歸功于粉末活性炭對(duì)有機(jī)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(jiǎn)捷途徑。

投加粉末活性碳后，水體相當(dāng)部分有機(jī)物*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(duì)濁度較低、污染嚴(yán)重的水體，投加粉末活性炭除有良好的去除有機(jī)污染能力，同時(shí)還具有良好的助凝作用，使出水水質(zhì)*大幅度提高。是一種投資相對(duì)小、收效快，尤其是對(duì)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(píng)價(jià)研究

另一方面，對(duì)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(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中還有吸附速率的問(wèn)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(kuò)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(píng)價(jià)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。

國(guó)內(nèi)一般主要采用碘值、亞甲藍(lán)值來(lái)評(píng)價(jià)活性炭的吸附性能。但是生產(chǎn)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)都證明僅采用這兩個(gè)指標(biāo)不能評(píng)價(jià)活性炭，與實(shí)際的吸附效果有所差距。因此采用這些指標(biāo)判斷活性炭的效能只有部分理論意義，不能、準(zhǔn)確地反應(yīng)實(shí)際吸附狀況。