活性炭和水的处理.doc

活性炭和水的处理一、有机物对水源的污染 水是环境的重要因素之一，是人类生存不可缺少的物质。因此，水质的好坏将直接关系到人体的健康。 近年由于工农业的发展，产生的废水废渣多没得到很好的处理就排入江河湖海，导致水源的严重污染，成为全世界环境污染的重大问题。受污染的水虽经过水厂的处理，仍然不能保证水质的彻底安全。因为水厂的水处理过程不外乎混凝、沉淀、过滤和消毒。这些处理方法主要是改善水的感观性质和杀灭病菌。对一些化学物质也有一定的去除效果，但对某些有毒有害物质或有机物去除的效果却很差。例如对酚、有机氯农药、合成洗涤剂、四氯化炭、氯仿、氰化物、汞、铬、镉、病毒等等。美国癌症研究所从饮水中鉴定出有机物767种，其中致癌物质20种，可疑致癌物质23种，促癌物质或助癌物质18种，致突变物质56种。随着水质检测仪器发展，装备有计标机的气相色谱/质谱仪应用于水中有机物质的分析。到目前为止，全世界已在水中测定出2221种有机化合物，英国水研究中心在美国河水中鉴定出324种有机化合物，上海市饮水与健康协作组发现黄浦江中有机物含量达700余种，吉林省二松未知有机污染物探查协作组报道，第二松花江吉林江段水中测得有机化合物317种。70年代以来美国环保局在水中发现有多种有机化合物，和饮水经氯消毒后可以生成潜在致癌物质三卤甲烷之后，水中有机物对人体健康的影响日益引起人们的关注。以后在许多国家包括中国在内都发现自来水中三卤甲烷的存在。 此外，由于源水受污染日益严重，为保证饮水安全，水厂不得不加大加氯量和余氯量，这不但造成水中三卤甲烷的量增加，而且引起饮用者的不快。因此，许多水厂除加强原有的净水工艺外，广泛采用了颗粒活性炭过滤吸附的方法。 二、活性炭净化水的作用 由于饮用水水源污染日益严重，水中所含污染物的种类和数量不断增多，污染成份也越来越复杂，采用常规的水处理方法已不能满足要求，必须进行深度处理，所以，活性炭以其发达的细孔结构和特异的表面特性，使它不仅具有极强的吸附性能、氧化还原性能、电性能，而且还可以与其他材料联合应用，作为催化剂和催化剂与生物载体，所有这些结构特性使活性炭在水处理技术中得以广泛应用。 研究表明，活性炭不仅对水中溶解的有机物，如苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力，而且对用生物法及其他方法难以去除的有机物，如色度、异臭异味、表面活性物质、除草剂、农药、合成洗涤剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成的有机化合物都有较好的去除效果。 三、活性炭的吸附法-净化水的原理 用活性炭吸附法净化水就是利用其多孔性固体表面，吸附去除水中的有机物或有毒物质，使水得到净化。研究表明，活性炭对分子量500-1000范围内的有机物具有较强的吸附能力。活性炭对有机物的吸附受其孔径分布和有机物特性的影响，主要是受有机物的极性和分子大小的影响。同样大小的有机物，溶解度越大、亲水性越强，活性炭对它的吸附性越差，反之，对溶解度小，亲水性差、极性弱的有机物如苯类化合物、酚类化合物等具有较强的吸附能力。 活性炭吸附水中有机物是一个复杂的过程，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6080活性炭的吸附容量。迅速扩散是有机物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。这些大孔隙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，从而极为缓慢。微孔也是在碳粒内均匀分布，但不构成径向的扩散阻力。 四、影响活性炭水处理的主要因素 1、活性炭的性质： 由于吸附现象发生在活性炭表面上，所以活性炭的比表面积是影响吸附的重要因素之一，比表面积越大，吸附性能越好。 同时，因为吸附过程分成三个阶段，内扩散对吸附速度影响较大，所以活性炭的微孔分布是影响吸附的另一重要因素。此外活性炭的表面化学性质、极性及所带电荷，也影响吸附的效果。 因此，对用于水处理的活性炭有三项要求：吸附容量大、吸附速度快、机械强度好。活性炭的吸附容量除其他外界条件外，主要与活性炭比表面积有关，比表面积大，微孔数量多，可吸附在细孔壁上的吸附质就多。吸附速度主要与粒度及细孔分布有关，水处理用的活性炭，要求过渡孔(半径201000A)较为发达，有利于吸附质向微细孔中扩散。活性炭的粒度越小吸附速度越快，一般在830目范围较宜，活性炭的机械耐磨强度，直接影响活性炭的使用寿命。 2、溶质或污染物的性质 同一种活性炭对于不同污染物的吸附能力有很大差别。 (1)溶解度 对同一族有机污染物质的溶解度随链的加长而降低，而吸附容量随同系有机污染物质的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小，越易吸附。 如活性炭从水中吸附有机酸的次序是按甲酸-乙酸-丙酸-丁酸而增加。 (2) 有机污染物质分子构造和吸附质分子的大小和化学结构对吸附也有较大的影响。因为吸附速度受内扩散速度的影响，有机污染物质分子的大小与活性炭孔径大小成一定比例，最利于吸附。在同系有机污染物质中，分子大的较分子小的易吸附。不饱和键的有机物较饱和的易吸附。芳香族的有机物较脂肪族的有机物易于吸附。 (3)极性活性炭基本可以看成是一种非极性的吸附剂，对水中非极性有机污染物质的吸附能力大于极性有机污染物质物质。 (4) 有机污染物质的浓度在一定范围时，随着浓度增高，吸附容量增大。因此有机污染物质的浓度变化，活性炭对该种有机污染物质的吸附容量也变化。 3、水的pH的影响 水的pH值控制了酸性或碱性化合物的离解度，当pH值达到某个范围时，这些化合物就要离解，影响对这些化合物的吸附。 溶液的pH值还会影响溶质的溶解度，以及影响胶体物质溶质的带电情况。由于活性炭能吸附水中氢、氧离子，因此影响对其他离子的吸附。 活性炭从水中吸附有机污染物质的效果，一般随溶液pH值的增加而降低，pH值高于9.0时，不易吸附，pH值越低时效果越好。 4、吸附操作条件 因为活性炭液相吸附时，外扩散速度对吸附有影响，所以净水装置的型式、接触时间(通水速度)等对吸附效果都有影响。 五、活性炭净化水明显改善水质 1对水的感官性壮的改善： 由于活性炭对产生色、嗅味的有机和无机化合物具有吸附、催化、隔滤等作用，因此对改善水的感官性状有较好效果。一般具有色、嗅味和混浊度不太高的水，经过滤后都可达到透明、无色、无异味的效果。自来水消毒后残留的余氯引起的嗅味，是使饮用者不快的主要原因。活性炭具有优异的脱氯能力，是因为与余氯起吸附和催化两种作用，而且先在活性炭表面起作用。 C + HOCL ? CO + H+ + CL+ CO是炭表面氧化物。 据研究报道，水中污染物除长链有机分子外，对炭的脱氯能力很少影响。此外，活性活性对影响水的色味较大的铁和锰去除效果分别达到90%和60%以上。 2去除水中有毒有害物质： 在一般pH值，去除氰化物、六六六效果较好，都在90%以上。汞、酚次之在80%以上。据资料记载，活性炭还可去除镉、铅、锌、硒以及各种有毒有机物如苯、三卤甲烷等都有很好的效果。活性炭对各种有机物的去除主要是物理吸附作用。对重金属的去除作用还不很清楚。可能是有机作为辅吸附剂，将金属离子与炭结合起来。 3对水中其他化学物质的去除： 经活性炭过滤的净水，无论是化学耗氧量（COD）或生物或生物需氧量（BOD）有明显的降低，根据试验数据，经活性炭过滤的净水，耗氧量和有机物都可减少60%左右。说明水中有毒有害物质去除效果明显。 4对放射性物质的去除： 和去除水中化学物质相类似。对卤族元素的去除率达95% 5致突变物的去除： 饮水中致突变物很多，可能为三卤甲烷类有机物或其他有机物，经试验，活性炭可去除氯仿93%。自来水的有机浓集物早Ames试验中对TA100菌株有较强的呈阳性的致突变性，但经过活性炭过滤的水对TA100菌株就没有表现出致突变性，是呈阴性。 六、净水活性炭的质量和标准 1净水活性炭的好坏主要从以下几个参数判断：水分%强度%碘吸附值mg/g（900以上）苯吸附%比表面积m2/g灰分%装填密度g/L 粒度 2净化水用煤质颗粒活性炭质量国家标准：GB7701.4-87 水分% 5 强度% 85 碘吸附值mg/g 800 亚甲兰附值mg/g 54 苯酚吸附值mg/g 装填密度g/L 实测 粒度:mm 2.75 2% 1.502.75 不规定 1.001.5 14% 1.00 1%