粉末活性炭在净水处理中的应用研究

国外利用粉末活性炭去除水中有机物、除色、除嗅味物质己取得成功的经验与较好的去除效果。如上世纪２０年代美国芝加哥，已成功利用粉末活性炭与慢砂过滤工艺相结合，防预了饮用水的氯酚污染；在东普鲁士早已利用粉末活性炭消除季节性的原水藻类异味等。认为虽然颗粒活性炭能保证良好的工艺性，但吸附循环的较短时间仍是粉末活性炭的优点。国内利用粉末活性炭去除污染物正处于研究之中，目前实际的应用仍然不多。粉末活性炭的投加量与水的浊度、臭味物质的浓度有关，投加量应根据水质的特点试验确定。研究的关键是如何根据自身企业的实际情况，致突变污染物的组成，不同水源水厂不同工艺配置的特点，进行大量的室内外试验，寻找相适应的投加工艺和投加碳的品种，以期建立相对经济、简单易行的投加粉末活性炭工艺。
　　一、粉末活性炭的净水效能研究
　　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。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。
　　（一）投加工艺的选择
　　国外专家曾对粉末活性炭的应用情况进行分析研究，认为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，必须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。根据国内某水厂近年应用粉末活性炭的经验认为，对于有生活污水、工业污水的排放，造成水体富营养化，导致水体藻类等微生物急剧繁殖等，属于污染较严重、较为复杂的水源；枯水期时常散发成分复杂的异臭、异味，再加上取水河段为潮感河流，污水回荡时间长，污染造成的危害较大。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）根据水质污染状态确定投加量。投加量从５－３０ｍｇ／Ｌ不等。某水厂投加粉末活性炭工艺如下：
　　（二）投加粉末活性炭明显改善出水水质
　　（１）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。但去除色度的效果并没有和投加活性炭量成正比，其复杂的机理，还有待下一步研究。
　　（２）投加粉末活性炭对去除嗅味有明显效果。南方某水体的富营养化水体不仅是藻类繁殖和杀灭过程产生的异臭，还面对复杂的工业排污污染，水体长期酚类物质的异常浓度所引起的异臭。由于致臭物质的动态性和不确定性，故臭味的定量分析成为十分艰难的课题，设想要经过多年对特定水体的调查研究，设立相关的数学模型，设立相应的分析方法，才能逐步解决。目前臭味的检测一般是用人的感官去鉴定，人为的误差较大。除臭是粉末活性炭去除污染物的一个重要的综合评价指标，也是供水行业目前面临的确保饮用水安全的极其重要、难度相当大的感官指标。
　　（３）投加活性炭有助于去除阴离子洗涤剂。国内外化工行业早已有利用粉末活性炭，来净化去除工业废水中的洗涤剂的工艺。也是粉末活性炭去除较大分子合成有机物的一个评价指标。
　　（４）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。如应用投加粉末活性炭、聚丙烯酰胺助凝、高锰酸钾氧化的联合协同作用，严格控制沉淀池出水浊度为１ＮＴＵ以下，则藻类的去除率可高达９５％－９８％。
　　（５）投加粉末活性炭使化学耗氧量（ＣＯＤｍｎ和ＣＯＤｃｒ）、五日生化需氧（ＢＯＤ５）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。
　　（６）投加粉末活性炭对酚类的去除有良好的效果。上世纪30年代，国外已有采用粉末活性炭吸附焦化厂废水中苯酚的工艺。根据水厂的应用经验，认为在原水挥发性酚在０．００５ｍｇ／Ｌ以下，投加粉末活性炭２０ｍｇ／Ｌ以下，可以有效地去除；若原水挥发性酚在０．００５ｍｇ／Ｌ以上，０．０１ｍｇ／Ｌ以下，可明显减低出厂水挥发性酚含量；但原水挥发性酚大于０．０１ｍｇ／Ｌ时，单靠投加粉末活性炭，难以得到良好的去除效果。粉末活性炭对酚类的去除效果，是综合评价吸附能力的重要指标，对于酚类污染严重的水体尤为重要。
　　（７）投加活性炭粉时出水浊度的影响。投加活性炭后由于活性炭比重大，并具有良好吸附性能，吸附在絮状物上，增加絮状物的比重，使水中相当部分有机物得到去除，具有良好的助凝性能。对于某浊度低，絮状物由于有机胶体过多而轻浮的水体，助凝效果较显著。投加粉末活性炭后，沉淀池、滤池出水浊度大幅度下降，自来水水质大幅度提高。沉淀池出水浊度下降近６０％，出厂水出水浊度下降近７０％。但粉末活性炭投量大时，会发生微小碳粒穿透滤池的现象，影响出水浊度，所以当投加量大时，要严格控制好滤速和滤池出水浊度。