活性炭吸附(活性炭吸附處理裝置)

活性炭吸附是中水回用深度處理中的重要技術(shù)之一。在生物處理過(guò)程中，所能去除的是可生物降解的部分有機(jī)碳而且有一部分轉(zhuǎn)化為溶解性微生物產(chǎn)物(soluble microbial prod- acts,SMP)。SMP是菌體在代謝過(guò)程中排出或分泌的物質(zhì)，能夠在不破壞菌體細(xì)胞的情況下與微生物分離，并離開(kāi)菌體后仍可存活。它是蛋白質(zhì)、核酸、硫醇、抗生素等多種物質(zhì)的混合體，比原污水中的有機(jī)物在進(jìn)一步做回用深度處理時(shí)更難降解。

活性炭屬無(wú)定形碳，由許多呈石墨型的層狀結(jié)構(gòu)的微晶不規(guī)則地集合而成，具有結(jié)晶缺陷。這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)使活性炭在水處理中不僅具有吸附能力，還能起到催化作用。活性炭含有大量微孔，其孔徑為1x10-0~1x10-6m，特別是1x10-10~1x10-°m的微孔居多,活性炭?jī)?nèi)部有無(wú)數(shù)微細(xì)孔隙縱橫相通，使活性炭具有巨大的比表面積(可達(dá)1000m/g)可除色、臭、味。活性炭吸附工藝能去除大部分有機(jī)物和某些無(wú)機(jī)物，可以去除的有機(jī)物主要有萘、苯乙烯、酚類(lèi)、二甲苯、醛類(lèi)等多種脂肪族和芳香族的烴類(lèi)物質(zhì)。在活性炭吸附時(shí)需要確定吸附劑、吸附操作方式、再生模式、預(yù)處理和后處理等。往往通過(guò)靜態(tài)吸附試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)來(lái)確定吸附劑、吸附容量、設(shè)計(jì)參數(shù)、處理效果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。

在應(yīng)用中需要與反滲透、電滲析、超濾、離子交換等工藝組合使用。活性炭與膜聯(lián)用能有效解決單獨(dú)使用膜過(guò)濾而引起的膜阻塞和膜污染問(wèn)題。利用活性炭對(duì)進(jìn)水進(jìn)行必要的前處理，以減少水中的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、微生物等在膜表面和膜內(nèi)孔積累，從而極大地延長(zhǎng)了膜的使用壽命。而膜的存在又可以克服單獨(dú)使用活性炭的弱點(diǎn)，解決活性炭出水中細(xì)菌數(shù)偏高的問(wèn)題。活性炭與超濾膜的聯(lián)用能有效地去除水中的CODMn、溶解性腐殖酸和富敏酸(UV254)和大腸桿菌，尤其是對(duì)UV254以及相應(yīng)的消毒副產(chǎn)物有較高的和穩(wěn)定的去除效果

活性炭與納濾膜聯(lián)用能有效地去除進(jìn)水中大部分TOC和Ames致突變物，使Ames試驗(yàn)結(jié)果均呈陰性。董秉直等人對(duì)超濾膜與混凝粉末活性炭聯(lián)用所做的研究也表明活性炭與膜的組合不僅可有效地去除溶解性有機(jī)物，還能降低膜過(guò)濾的阻力，提高透水量和防止膜污染。

一、吸附劑的選擇設(shè)計(jì)

活性炭的吸附過(guò)程是發(fā)生在水相、活性炭、溶質(zhì)三者之間的相互作用過(guò)程。發(fā)生吸附的主要原因是溶質(zhì)的疏水性和固相顆粒所表現(xiàn)出的表面力的不平衡造成溶質(zhì)對(duì)固體顆粒的高度親和力。親水物質(zhì)向固相吸附界面移動(dòng)較難，憎水物質(zhì)則較易;溶解度大的物質(zhì)向固相吸附界面移動(dòng)較難，溶解度小的則較易。同時(shí)還存在著溶質(zhì)與吸附劑之間的靜電引力、化學(xué)鍵力、范德華力。因此，活性炭吸附溶質(zhì)過(guò)程中，其孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積大小是最重要的特性。

在深度處理過(guò)程中常用的活性炭材料主要有粒狀活性炭(GAC)和粉狀活性炭(PAC)，還有球形活性炭、高分子涂層活性炭、纖維活性炭。首先要考慮活性炭的型號(hào)及品牌，其次注意其性能指標(biāo)，進(jìn)行必要的性能試驗(yàn)以進(jìn)行評(píng)價(jià)。

活性炭吸附性能的簡(jiǎn)單試驗(yàn)常用4種方法。

(1)ABS值法一般情況下，對(duì)大多數(shù)有機(jī)物的吸附量隨濃度增加呈對(duì)數(shù)關(guān)系，但對(duì) ABS的吸附，濃度改變對(duì)吸附量基本不影響。利用此性質(zhì)可比較活性炭的吸附能力。ABS值法就是測(cè)定出在含有5mg/L的ABS溶液中加入粉狀活性炭經(jīng)過(guò)1h后，ABS的濃度降為0.5 mg/L所需要的活性炭量。

(2)亞甲基藍(lán)吸附值法 這種方法是測(cè)定出在濃度為1.2mg/ml的亞甲基藍(lán)溶液中加入活性炭并振蕩30min后，單位質(zhì)量的活性炭使亞甲基藍(lán)溶液脫色的體積(ml)。

(3)碘值法 碘值法是在含碘27g/L、碘化鉀41g/L的100ml溶液中，加入用鹽酸潤(rùn)濕的活性炭樣品05g，經(jīng)過(guò)5min振蕩后求出對(duì)碘的吸附量。

(4)比表面積BET法這種方法反映出活性炭吸附能力的大小。除上述試驗(yàn)外，還需對(duì)所考慮的系統(tǒng)進(jìn)行等溫吸附試驗(yàn)。

二、吸附容量和吸附等溫線

為了解活性炭的吸附能力，確定其品種并取得有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，需進(jìn)行等溫吸附試驗(yàn)。用此試驗(yàn)數(shù)據(jù)可比較不同類(lèi)型活性炭處理后的出水水質(zhì)，提供吸附容量及所需要的活性炭量。

溶質(zhì)初始含量為c1、容積V為水樣中投加的活性炭，一定時(shí)間后達(dá)到吸附平衡，溶質(zhì)含量為c2，則單位活性炭在平衡時(shí)吸附的溶質(zhì)量(單位質(zhì)量吸附劑所吸附的溶質(zhì)的質(zhì)量)。

2.連續(xù)式吸附操作

被處理水連續(xù)通過(guò)活性炭吸附床得到凈化稱(chēng)為動(dòng)態(tài)吸附。GAC常用此法。

(1)固定床吸附操作根據(jù)水流可分為升流式和降流式。降流式固定床中，水自上而下，水質(zhì)較好，但水頭損失較大，尤其是濁度較高的廢水。需要對(duì)進(jìn)水濁度進(jìn)行控制，必要時(shí)可設(shè)預(yù)處理裝置。一般要求濁度不大于5NTU。運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行反沖洗，輔以表面掃洗設(shè)施。而升流式固定床中，水流自下而上，為避免亂層運(yùn)行，應(yīng)控制升流速度。其水頭損失增加較慢，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，但對(duì)于原水入口處吸附劑的沖洗難于用降流式，對(duì)升流速度要求很?chē)?yán)。

(2)移動(dòng)吸附操作 采取升流式，但炭層在運(yùn)行中不斷移動(dòng)，間歇地從塔底排出吸附飽和的炭吸附劑，同時(shí)從塔頂加人一部分再生后的新的炭吸附劑，層層再移動(dòng)。原水與炭吸附劑逆流接觸，處理后的水從塔頂流出，可有效地利用炭吸附劑的吸附容量，水頭損失小，不需設(shè)反沖洗設(shè)備。應(yīng)注意控制流速以免床層混亂。

(3)流化床吸附操作流化床在運(yùn)行中有起床、落床的動(dòng)作，并非完全連續(xù)運(yùn)行。炭吸附劑在流化床內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，原水與炭吸附劑逆流接觸。適用于處理含懸浮物濃度較高的廢水。我國(guó)目前應(yīng)用較少。

要求水質(zhì)高時(shí)采用過(guò)濾法，一般而言，物化處理的成本較高，只有小水量時(shí)才用。