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活性炭在水處理中的應用-上水的活性炭處理

發布時間:2021/7/2 17:17:52 瀏覽次數:76
文章來源:嵩山科技網絡部 作者:嵩山科技小編

健康意識的增強和工業的發展,使得水處理成為了關乎人民健康和社會和諧發展的一個重要領域。水處理分為上水處理和下水處理。上水通常指生活用水、工業用水、純水等經過人工處理后使用的。由于上水處理的目標涉及飲用,因此對活性炭的吸附性能要求相對較低而對活性炭本身的安 全性能要求較高。下水通常指生活污水、工業污水,水中的污染物大致分為無機污染物和有機污染物兩類。無機污染物主要是重金屬,如鉻、鉛、汞等以及氰化物和放射性物質。有機污染物主要指耗氧有機物(BOD、COD)、酚類有機物、含磷和氮有機物。下水處理用活性炭需要具備良好的吸附性能,同時要根據處理污染物的不同,選用不同的活性炭。

上水的活性炭處理

1.自來水廠的深度處理

20世紀60年代以前,臭氧氧化法被當做與加氯消毒相應的一種消毒方法。水廠采用氯消毒時,氯與水中有機物會形成三氯甲烷,帶來危害;用臭氧氧化法時,臭氧量不足時會出現對人體有害的誘變劑和致癌物。國際上較普遍采用臭氧技術,廣泛應用此技術的當屬法國。投加臭氧的位置有兩種,一種是在濾池之后,主要作消毒劑使用;另一種是在原水中投加一次,在普通濾池之后活性炭濾池之前再加一次。第 一次投加作為消毒劑用,第 二次投加起生物活性炭的作用。

由于臭氧法和加氯消毒存在一定的問題以及對飲用水水質的要求提高,自來水廠的處理工藝在常規水處理基礎上向深度處理發展?;钚蕴恳蚱鋸娢叫阅芏鴳糜谧詠硭纳疃忍幚?,很多國家的水廠都采用了此項工藝,例如:法國 Mery Snoisee水廠、法國莫桑水廠、英國低色度水慢濾池工藝水廠、瑞士蘇黎世水廠、德國的Mulheim-Ruhr水廠等工藝流程中都有活性炭處理工序。

我國水廠逐步開始應用臭氧與活性炭濾池聯合使用的生物活性炭法。臭氧與活性炭聯合應用工藝,不僅能夠去除水中有機物、降低UV吸附值和總有機碳(total organic carbon,TOC)、氯含量化學需氧量(chemical oxygen de- mand,COD),還可以降低水中三氯甲烷前體、鐵、錳、酚等含量,使Ames試驗為陽性的水分呈陰性。生物活性炭法是當前去除水中有機物的方法中較為有效的一種深度處理方法,但因其耗電量較大而使其應用受到限制。

活性炭用于處理水臭問題的例子很多。1978年美國環境保護局(EPA)曾建議美國的所有城市,當供水人口大于75000人時,給水處理系統都須使用顆?;钚蕴?、英國環保委員會為了保護飲水不被苯、甲苯、氯仿等有機物所污染,曾投資150萬美元建了兩座活性炭吸附裝置,每個吸附塔一次填裝顆?;钚蕴?t,每天可處理飲水100萬加侖(1加侖=3.785L)。

用于自來水處理的活性炭主要分為顆?;钚蕴亢头蹱罨钚蕴?。

粉狀活性炭有如下幾種投加方式;可在沉淀以前投加或者緊接在進入快濾池之前投加,都必 須使活性炭有足夠長的接觸時間;也有分別由兩個或更多的投加點投加;也有使用流化床裝置。在較大的裝置中,可用塵??刂聘杉酉到y投加活性炭,也可用水加炭的炭漿投加。投加量控制在5~50mg/L。粉狀活性炭的使用通常是一次性的,雖然粉炭便宜,但如消耗大,考慮到經濟效益和環保問題,也有必要回收利用。

粒炭的使用日漸增多,其再生損耗不超過5%。但也有使用強度差、便宜的粒炭,用過的廢炭有可能重新加工成為粉炭。粒炭以裝在凈化工序之后為佳,其好處是:一些有機物質已由混凝和沉淀(澄清)工藝去除,減輕了活性炭的負擔,延長了操作壽命;降低活性炭被顆粒狀雜質和混凝劑絮體的堵塞程度。

2.去除鹵代甲烷

飲水中使用氯殺菌處理時帶來了微量的鹵化烴,尤其是三鹵甲烷(THM)。氯仿是由氯和地面水中的天然有機物組成,如腐殖質和灰黃霉素類反應而成。研究表明水中含有10mg/L的有機物如單寧酸、腐殖酸、葡萄糖、香草酸、棓酸會與10mg/L的氯發生氯化反應,生成約90%的氯仿。水中存在的鹵代甲烷必 須引起重視。美國曾對30個大城市和11590個城鎮的給水進行調查,指出飲用經氯化消毒后的地面水,可能對人體健康造成潛在的危險。國內研究發現,長期飲用加氯消毒的水的人比不飲用加氯消毒的水的人,死于消化和泌尿系統癌癥的危險性更大。

活性炭可去除三鹵甲烷,曾用粒狀炭試驗,在pH=7,溫度24℃,接觸24h后,對氯仿的吸附量為16.5μg/g。對三溴甲烷的吸附量為185.0μg/g。

3.飲用水的凈化

隨著水源污染的程度不斷加大,質量不斷下降,引起了世界各國的密切關注,飲用水質標準也隨之不斷地進行修改和增訂。呂錫武、嚴煦世在1986年的《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-1985)的基礎上提出“優 質飲用水水質準則”建議稿,水質指標有52項,其中34項為GB 5749-1985中的項目,增加的項目有;1,2-二氯乙烷、1,2-二氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烯、五氯酚、2.4.6三氯酚、艾氏劑-狄氏劑、氯丹、七氯和七氯氧化物、六氯苯、林丹、甲氧DDT、炭氯仿萃?。–CE)和致突變試驗(Ames 和SOS試驗)以及兩項口味指標(二氧化碳和溫度),并指出至少有26種元素是人體所必需,其中11種是主要元素,15種是微量元素。

高質量的飲用水有益于人類的健康,實現飲用水的高質量必 須采用先進的水質深度處理技術。目前,由于飲用水總量有限,如果將采用高成本獲得的飲用水不分用途和不分水質的使用,成本較高。所以,結合城市自來水使用分配的實際情況,采用合理的解決方法:城市水廠繼續以常規工藝提供滿足一般用途的自來水,居民用戶另行采用小型、高 效,且能去除致癌、致突變、致畸等污染物的凈化裝置,以自來水為原料做更深度的加工,保證飲用水的高質量。這樣既確保了居民的健康,又在居民經濟承受能力范圍之內。

活性炭可作為凈化飲用水的手段之一,其優點有:對三氯甲烷、農藥、異臭味、有機物去除有特 效;對細菌、氯、鎂、沉淀物能部分去除;對鈣、鐵、鉀等人體有用元素不去除;降低色度;成本不大。在飲用水的處理方法中,一般情況下,離子交換樹脂是無法與活性炭相媲美的,如果要達到一定程度的有機物標準時,活性炭和大孔型陰離子交換樹脂的聯用技術是非常有效的。

4.管道供應可生飲自來水

管道自來水一般不宜直接生飲。管道自來水水質要符合國家飲用水標準,達到歐盟水質要求,其生產要經過四關:一過微濾關(微濾的孔隙為100nm),二過活性炭關,三過超濾關(超濾孔隙為10nm),部分還要四過納濾關(納濾孔隙只有1nm)。經過處理后,除去微?;虼笥跀蛋偌{米的細菌、寄生蟲、微生物等,而小分子量的礦物質等對人體有利的物質得以保留。這樣去除了自來水中的有害污染物,保留了人體所需的鐵、鈣、錳、鋅等。

5.臭氧-活性炭消毒法

在自來水消毒過程中,使用氯可能出現痕量氯仿和其他三鹵甲烷等副產品,這些物質具有致癌性。從消毒處理的觀點出發,通常有兩種辦法:一是采用其他消毒劑,如不會產生三鹵甲烷的二氧化氯、臭氧等;二是把水通過粒狀活性炭濾池進行吸附,從而減少三鹵甲烷母體作用的有機污染物含量;三是應用臭氧氧化和生物活性炭聯用的工藝,效果也很好。

水處理中用臭氧來殺菌消毒,改善色度、味覺和嗅覺,氧化有機物、加強

難降解有機物和天然有機物等的生物降解性,改善絮凝效果等,但存在著臭氧利用率不高,成本高和與有機物反應有較強的選擇性等問題,其直接應用有一定的局限性,以活性炭為催化劑,協同臭氧結合使用,有很多好處,例如:

①在活性炭吸附前加臭氧,可以將一些大分子有機污染物氧化為易被活性炭吸附的小分子;

②臭氧通過活性炭濾床,使活性炭上所吸附的有機物氧化分解,起活性炭脫附再生作用。

③比單獨用臭氧法處理水,更能降低臭氧的耗用量;

④既能去除有機污染物含量,又能去除細菌和病毒。

國外許多國家和我國哈爾濱化工區地下水,撫順洋河水源和天津紅旗毛紡廠都采用臭氧-活性炭法,效果良好。

6.活性炭吸附-生物膜處理法

活性炭吸附-生物膜處理法主要是利用活性炭能夠富集有機物并選擇性吸附水中的溶解氧,在適宜的條件下使活性炭表面生成好氧微生物,將活性炭的吸附作用和微生物的分解作用結合起來發揮二者的協同作用,提高水處理效果、延長使用壽命、降低使用成本。美國羅卡威城采用曝氣和顆粒狀活性炭結合的方法能夠有效地除去水中的有機化合物;美國Cyanmid 公司在三級處理水時使用顆?;钚蕴?;美國環保署關于飲用水標準的64項有機污染物指標中,有51項將活性炭列為zui有效的技術。

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