粉末活性炭应用于突发性水污染处理的探讨

2011-08-21籍继花

山西建筑 2011年34期

籍继花

水是生命的源泉，没有水就没有生命，随着经济的发展，城市规模的不断扩大，各类工业废弃物和城市垃圾的持续增多，对生活用水安全造成了严重威胁，突发性水污染事故时有发生。目前城市净水工艺普遍不具备应对水源突发性污染的处理能力。因此提高净水厂的应急处理能力是保障城市安全供水的必然要求。

其中采用粉末活性炭吸附是一种非常重要和经常使用的应急处理措施之一。但粉末活性炭并非对所有的有机污染物都适用，并且针对不同的污染物，在不同的生产条件下，粉末活性炭的吸附性能有所不同，下文主要针对粉末活性炭的吸附特性、影响因素、如何正确使用等几个方面加以论述。

1 活性炭对污染物的理论吸附特性

1)活性炭的非极性吸附理论。活性炭是一种多孔隙、非极性的吸附剂，具有巨大的表面积(800 m2/g～1 300 m2/g)，其吸附作用主要来源于物理表面吸附作用，如范得华力等。活性炭对非极性、弱极性和水溶性差的有机物有较好的吸附能力，对于较强极性和水溶性较好的有机物，吸附能力较差。

2)活性炭的直径限制吸附理论。活性炭的直径限制吸附理论主要指两个方面:a.吸附作用主要发生在微孔中，即孔隙直径小于4 nm的孔。一般活性炭表面积占活性炭总表面积的95%以上，因此活性炭与其他吸附剂相比，具有微孔特别发达的特征。b.吸附质分子大小与其孔隙大小存在匹配问题。

对于液相吸附其最佳吸附范围内活性炭中起吸附作用的孔直径(D)与吸附质分子直径(d)之比D/d=1.7～6。D=1.7d的孔是活性炭中对该吸附质起作用的最小的孔，对于分子量M=1 000的有机物，其平均分子直径约为1.3 nm。由此可以推断被活性炭吸附的主要物质为分子量小于1 000的物质。

2 活性炭的实验吸附特性

表1 芳香族化合物的粉末活性炭吸附去除可行性研究测试数据

粉末活性炭对不同的污染物体现出不同的吸附特性，按照结构和来源，一般把有机物分为芳香族类、农药类、氯代烃、消毒副产物类和人工合成有机物五类。对粉末活性炭吸附性能的可行性研究试验是在去离子水条件下，用20 mg/L的粉末活性炭吸附2 h后的去除效果，去除率在70%～90%之间为可行且效果较好;去除率在50%～70%之间为可行但效果一般;投炭量偏大，去除效率小于50%为不可行。表1～表4分别为部分芳香族类、农药类、氯代烃、消毒副产物类和人工合成有机物类的粉末活性炭吸附去除可行性研究测试数据。

表2 农药的粉末活性炭吸附去除可行性研究测试数据

表3 氯代脂肪烃的粉末活性炭吸附去除可行性研究测试数据

表4 主要消毒副产物和人工合成有机物的粉末活性炭吸附去除可行性研究测试数据

3 使用粉末活性炭需注意的问题

3.1 确定粉末活性炭是否适用

因为粉末活性炭对不同的物质体现出不同的吸附特性，因此首先需要确定水中所含有污染物的种类。当水中污染物为醇类，低分子的酮、酸、醛、糖类，分子量大于2 000的高分子有机物，低分子脂肪类有机物，部分氯代脂肪烃如:氯乙烯、二氯甲烷、1，2二氯乙烷，消毒副产物如:三氯甲烷、二氯乙酸、三氯乙酸等时，因为平衡浓度高、平衡时间长、投加量太大而应避免采用活性炭应急处理。

3.2 测定活性炭的吸附参数

针对不同的污染物，粉末活性炭的吸附容量、平衡浓度、吸附时间都不同，因此在应急处理时需要测定吸附参数。

1)吸附容量。在一定温度条件下，活性炭的吸附容量，即达到饱和时，单位质量活性炭上的吸附污染物的质量，与吸附饱和时污染物的浓度存在一定的关系，其中弗兰德里希吸附等温吸附比较符合水处理的吸附现状，在水处理工程中应用最广泛。平衡时间可以为120 min，也可以根据工艺实际活性炭的停留时间进行选取，活性炭投加量 Ct分别为5 mg/L，10 mg/L，15 mg/L，20 mg/L，50 mg/L。而且由于水中存在多种污染物时，存在竞争吸附的现象，因此实际处理所需的粉末炭投加量大于用单一物质纯水配水试验所得的结果，因此不能简单采用资料中的数据，而应进行吸附试验。

2)吸附时间。粉末活性炭吸附需要一定的吸附时间，不同的污染物，达到平衡浓度的时间不同，例如同属于农药类在超标5倍时，投加粉末活性炭10 mg/L，滴滴涕吸附时间为30 min就可以去除90%以上，而敌敌畏吸附时间为30 min时只能去除污染物的30%，一般来讲，粉末活性炭的吸附时间通常在30 min以上，一般吸附时间越长，粉末活性炭的吸附能力发挥的越充分，1 h～2 h可以达到基本平衡。对于混凝时间不足的工艺条件限制的情况下，需要加大粉末活性碳的投加量降低平衡浓度，因此应根据相应的时间进行相应的吸附试验。

3.3 正确选定活性投加点

当取水口距离水厂有一定距离时，投加点应选在取水口，利用原水在管道的输送时间可以提高活性炭对污染物的吸附程度。当取水口距离水厂很近时，一般在水厂内与混凝剂同时投加，利用混合设备和絮凝设备加强粉末活性炭与污染物的接触，达到吸附去除污染物的效果。

在水厂内投加时，要考虑混凝剂形成的矾花对粉末活性炭吸附的传质影响，经试验即使没有明显的影响，但由于受到混凝工艺的限制，总的吸附时间一般在0.5 h之内，虽然处于粉末活性炭的“主要吸附作用期”，但由于之后矾花将其包裹沉降与水流主体分离，难以继续发挥吸附能力，最终只发挥了吸附能力的60%～80%。因此如果条件限制只能在水厂中投加粉末活性炭，需根据实际条件适当增加投加量。