活性炭净化技术在生活污水处理中的应用

2012-08-15王焕英

绿色科技 2012年3期

王焕英

（广东省惠州市梅湖水质净化中心，广东惠州516001）

1 引言

活性炭是生活污水处理中广泛应用的一种吸附剂，分为粒状及粉状两种。粉末活性炭在国内外污水处理中历史久远。活性炭制备的原材料随处可见，包括果壳、木材、垃圾废料等等，其中果壳是活性炭原料中的最佳选择，但受其资源、贮存及集中等条件制约，价格太过昂贵。目前我国一直多方查找利用垃圾废料等作为原材料制备活性炭的方法，已采用了核桃壳、竹材、烟杆等废弃物作为原材料。下面，就几点对活性炭在生活污水处理中的应用特点及优势进行分析研究。

2 活性炭技术在处理生活污水中的重要性

随我国经济的飞速发展，水资源占有率与人口增长幅度越来越不成比例，城市经济发展的同时也不同程度上对环境造成了污染，其中水资源的污染最为严重。我国目前所采用的化学加工方法、物理处理方法等传统方法在使用中存在不同程度上的局限性。生物活性炭吸附净化技术操作简便，其性能也有突出表现，发展前景好。近年我国城市建设步伐不断加快，同时也伴随着大量未经过处理的生活污水直接排放，因此导致水污染的情况。

根据统计显示，目前我国的城市生活污水排放量正以5%每年的速度逐年递增，所以，当前治理生活污水是解决环境问题的首要目标。粉状活性炭净化技术对水进行处理的历史已达70年之久，从美国第一次应用粉状活性炭消除氯酚所带来的嗅味至今，去除水中杂质的有效方式仍是活性炭净化技术，其净化效果已得到众多国家首肯。

3 活性炭的作用机理

活性炭吸附水中杂质的过程相当繁杂，包括离子吸引力、分子作用力（范德华力）及化学杂和力等的共同作用，其中活性炭在加工过程中的差异也会导致其吸附力的不同。活性炭吸附法是利用活性炭的多孔特性，使水中一种或多种杂质被吸附在活性炭表面而去除的方法。如去除水中有机物、胶体粒子、微生物、余氯、嗅味等。吸附是由快速扩散与慢速扩散的两种速率形式所构成，快速扩散可在几小时内发挥超过60%至80%的吸附量，是溶质分子沿碳分子结构中阻力较小的大孔扩散的过程，当溶质分子进入连于大孔的细孔中时，由于其孔径小所以受到很大阻力，从而造成扩散缓慢。活性炭其吸附量不但与比表面积有关联，且与细孔的孔径结构密不可分。大孔为溶质分子提供扩散渠道，使其进入细孔从而达到吸附的目的，故对于溶质分子的吸附力主要受大孔影响。水中所含的有机物不但有小分子，且有各式各样的大分子，细孔所占的面积超过表面积的95%，吸附量的多少取决于细孔。因此，在生活污水的处理过程中，要选择合适的活性炭来满足不同吸附物的不同需求。溶质分子的吸附主要是分子作用力，即范德华力起关键性作用。不同的活性炭孔洞直径大小以及分布区域不同，所以品种不一样的活性炭对不同的溶质分子有不同的吸附能力。物理吸附与活性炭对溶质的亲合力、溶质的溶解度、溶质分子大小、活性炭的细孔分布、表面积等因素有关。

4 活性炭净化技术在生活污水处理中的应用

4．1 活性炭净化技术处理生活污水的特点

活性炭共有几类吸附方式，分别为固定床、接触吸附、移动床及流动床方式4种。其中粉末活性炭的吸附方式只有接触吸附一种，这也是其特点所在，粉末状活性炭在对生活污水处理问题的过程当中，根据水质的不同情况加大计量投放，对于污水水质变动大的项目有特别好的效果。同时粉末活性炭也可根据不同需要，进行干投或湿投，湿投可处理应对一些日常污水问题，干投可作污水应急处理。同时也要根据原水中的水质的不同，特别是水中所含有机物的分子质量分布的不同，以此来确定粉末活性炭的炭种。在生活污水的应急处理中，可在沉降池前的原水进行活性炭的投放，进而使其充分接触吸附，吸附饱和后可依靠沉淀的方式去除。粉状活性炭在欧、美等国家城市污水处理中应用广泛，美国在20世纪80年代初每年在对生活污水处理中所使用的粉状活性炭约2．6×105t，且有逐年增长的趋势。我国在20世纪60年代末期开始注意到水处理中除嗅、除味的问题。粉末活性炭在上海、合肥、哈尔滨、广州的城市生活污水处理中都曾试用过。近些年，我国在粉末活性炭的研究和应用过程中逐渐加深认识，哈尔滨建筑大学、同济大学等都对活性炭进行了深入研究，取得不少实用性成果。因为粉状活性炭具有投放简便、设备投资省的特点，价格便宜，溶质分子吸附速度快所以更适于旧厂改造，有节省成本、节省建筑面积以及对短期或突发性水质污染适应能力强等有利因素。

4．2 生物活性炭技术的应用

活性炭以其优良的吸附能力在生活污水处理中起到了举足轻重的作用，其独特的分子构架与比表活性、耐强酸耐强碱、耐高温耐高压等综合性能备受人们瞩目，在生活污水处理中的地位日益攀升。但活性炭也存在有吸附易饱和及再生成本高等一些列问题，为了有效解决这种问题，人们将生物降解废料的原理与活性炭吸附原理相结合，创造了生物活性炭净化技术。生物活性炭净化技术囊括了生物降解及活性炭吸附两种作用，不但增加了活性炭的饱和度，同时也强化了它的吸附性能，因此备受瞩目。目前世界上众多国家均已采用这项新技术，包括我国的一些企业在内，其中以欧美国家最为突出。