粉末活性炭在给水净化处理中的应用与前景

摘要：通过活性炭净水处理的原理，工艺，及其效果的评价，阐述粉末活性炭在给水净化处理中的应用与前景。

粉末活性炭在给水处理中的使用已有70年左右的历史。国外对粉末活性炭吸附性能作的大量研究表明：粉末活性炭对三氯苯酚、二氯苯酚、农药中所含有机物，三卤甲烷及前体物以及消毒副产物三氯醋酸、二氨醋酸和二卤乙腈等等均有很好的吸附效果，对色、嗅、味的去除效果已得到公认。2005年在哈尔滨水厂过滤池中，应用活性炭吸附，使松花江受苯污染水体达到了饮用水的标准。

1 吸附技术的原理

粉末活性炭吸附水中溶质分子是一个复杂的过程，是几种力综合作用的结果，包括离子吸引力、范德华力、化学杂和力。

根据吸附的双速率扩散理论认为，吸附是一个由迅速扩散和缓慢扩散两阶段构成的双速过程，迅速扩散在数小时内即完成，发挥了60%~80%活性炭的吸附容量。迅速扩散是溶质分子在碳粒内沿径向均匀分布的阻力小的大孔隙中扩散的过程。这些大孔原产生径向的扩散阻力。当分子从大孔进一步进入与大孔相通的微孔中扩散时，由于受到狭窄孔径所产生的很大阻力，从而很为缓慢。微孔也是在碳粒内均匀分布，但不构成径向的扩散阻力。

影响粉末活性炭吸附的因素涉及溶质分子极性、分子量大小、空间结构，这一点取决于水源水质的特征。活性炭对不同的物质分子具有选择吸附性。

2 投加工艺的选择

粉末活性炭对人工合成化学物的吸附去除主要取决于该化合物的类型。在选择投加点时，需要考虑混合程度和处理接触时间，尽量减少水处理药剂对吸附的干扰。在处理污水选取投加粉末活性炭工艺时，主要考虑：

① 投加点要有充足的搅拌条件，使粉末活性炭能快速与处理水有良好的混合接触。

② 尽量延长粉末活性炭与水体接触吸附时间，充分利用粉末活性炭的吸附能力，提高吸附率。

③ 尽量选取粒径小的粉末活性炭，使同等重量的活性炭吸附面积相对大；选取中孔较发达的木质活性炭，力求提高活性炭对有机物的吸附效能。

④ 尽量减小水处理过程中的化学药品干扰，如氯、高锰酸钾、混凝剂等。

⑤ 要根据投加量的多少、场地条件选取干式或湿式投加。

⑥ 根据水质污染状态，及污染物确定合理的碳种，并计算经济的投加量。投加量从5-30mg/L不等。对有效的去处水中的污染物具有重要意义。

3 效果评价

3.1 优点

① 粉末活性炭应用的主要特点是设备投资省，价格廉，吸附速度快，对短期及突发性水质污染适应能力强。

② 投加粉末活性炭对去除色度有明显效果。色度的去除有报道可达70%，色度低表明去除有机物的效率高，除铁、锰的效果好。

③ 投加粉末活性炭对去除嗅味有明显效果。

④ 投加活性炭有助于去除阴离子洗涤剂。

⑤ 投加活性炭有助于对藻类的去除。投加了粉末活性炭阻隔了藻类的光吸收，同时在浊度较低的水源中有明显的助凝作用，有助于在混凝沉淀中去除藻类。

⑥ 投加粉末活性炭使化学耗氧量、五日生化需氧量大大降低，这些与水体有机污染程度正相关的表征指标的下降，表明了水体有毒有害物质的去除程度。

⑦ 投加粉末活性炭对酚类的去除有良好的效果。

⑧ 投加活性炭粉使出水浊度大幅度降低，自来水水质大幅度提高。

⑨ 投加粉术活性炭对水体致突变性的影响，能够有效地去除有机物污染物。是常规工艺改善饮用水水质的简捷途径。

投加粉末活性炭后，水体相当部分有机物得到去除，水体中胶状物质含量减少，表面黏度下降。粉末活性炭吸附在絮凝物上，有利于絮体的架桥，能改善絮体的结构。所以对浊度较低、污染严重的水体，投加粉末活性炭除有良好的去除有机污染能力，同时还具有良好的助凝作用，使出水水质得到大幅度提高。是一种投资相对小、收效快，尤其是对于规模较大的旧水厂，是处理污染水源的一种可靠的净化工艺。

3.2 工程中的问题

① 由于国内对对于活性炭去除水体异臭的重要指标ABS值和酚值研究不多，再加上国内水体污染物比国外的复杂得多，处理对象的复杂，使其应用水平提高受到制约。

② 在应用过程中，粉末活性炭在诸多环节如装卸、拆包、配制、投加过程中劳动强度大、容易引起粉尘飞扬，造成环境等方面的诸多问题，是至于约粉末活性炭技术应用的一个关键。

③ 应用中制备和定量投加粉末活性炭能稳定稳定粉末活性炭吸附除污染的效果，也与制水成本密切相关。需合理的建造粉末活性炭储存、配制、投加系统使其较好的防治各个环节造成的不稳定因素。

④ 粉末活性炭技术的应用关键的问题是投资以及成本的控制，科学合理的使用粉末活性炭技术是其经济有效的发挥其效用的关键环节。

4 粉末活性炭与超滤组合应用前景

现代水处理中，超滤膜（UF）和反渗透膜（RO）已成为深度处理的主要工艺。但当原水中有机物、无机物、微生物和胶体物质含量过高时，会造成膜表面和膜孔的累积将造成膜表面的堵塞，影响膜的运行寿命。利用活性炭作为UF的前处理可去除污水中大部分有机物，降低COD，从而缓解UF膜和R0膜阻塞和膜的污染问题，可延长膜的使用时间。活性炭对相对分子质量在500~3000的有机物，去除率一般为70%~86.7%。而对相对分子质量>3000的有机物则达不到有效去除的效果，但UF对于大分子的有机物有良好的去除率。因此活性炭与UF组合去除有机物效果好。

5 结论

① 活性炭在水处理工艺中应用己有70多年历史。20世纪60年代，活性炭吸附法在城市用水、城市污水和工业废水深度处理中得到广泛应用，它是一项传统成熟的水处理技术。

② 根据原水水质及处理T艺，选择炭种及投加点，投加过程中采用合理的工艺，对提高有机物去除率具有意义重大。

③ 活性炭吸附技术具有设备投资省、价格使宜、吸附速度快、对短期及突发性水质污染适应性强等。

④ 粉末活性炭与超滤膜配合处理有机污染污水·可优势互补，对去除污水中有机物的效果更佳。