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饮用水处理活性炭的选炭方法

时间:2018/5/10 12:25:01

饮用水水源的污染物主要是有机污染物和重金属污染物。随着水体富营养化程度的增加和各类污水的排放,水体中有机物污染的问题更为突出。随着饮用水水源品质的下降,人们对饮用水安全问题的关注度越来越高。因此,分析有机污染物的类型,寻找简单有效的去除方法成为了我们迫切需要解决的问题。

分析饮用水中的有机物,有动植物腐烂分解所产生腐殖质、富里酸,以及生活污水和工业废水排放引入的各类有机污染物。这些有机污染物分子结构和分子量均存在较大的差异。如何尽可能多的去除水中的有机物,保障饮用水的安全,是我们需要研究的课题。活性炭是目前最有效、最经济的去除有机物的手段。因此,如何选择合适的活性炭就成了很重要的课题。

饮用水处理活性炭的选炭方法

1、活性炭的特点

活性炭的原料有果壳、椰壳、核桃壳、杏壳等。经炭化活化后的炭是一种良好的多孔结构物质,具有巨大的比表面积。根据表面现象的原理,由于物质表面分子所受到的引力与物质内部分子是不同的,使得表面分子具有吸引外界物质到其表面的能力。因此活性炭的大比表面积意味着活性炭的大吸附量。

2、活性炭的制造工艺与吸附容量

炭原料在高温下隔绝空气加热碳化,而后进行活化处理。在碳化时,原材料受热分解,原来的碳氢化合物分解为水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、氢气等气体逸出,并留下一部分残碳,这些残炭是无定型的,在高温下会重新集合成微晶形结构,微晶形结构的多少与原料及碳化温度有关。活化(水处理一般使用物理活化)用水蒸气在900℃左右进行活化,水蒸气中掺和一部分二氧化碳,用二氧化碳与水蒸气的比例及活化时间来调节活化程度,即控制活性炭的孔结构。

对于市售产品而言,虽然都使用物理活化工艺,但是处理设备与处理工艺均存在差异。因此相同原料在经过不同活性炭厂家处理后,活性炭的孔径分布和吸附容量也各不相同。而相同的处理工艺条件下,不同的原料,其成品的孔径分布和吸附容量也有巨大的差异。因此,不同原料、不同品牌的活性炭对不同水体中有机物的吸附量也会存在比较大的差异。

3、活性炭评价指标

3.1、现有国标评估方法

各活性炭厂家一般向用户提供其活性炭产品的一些物理性能指标(例如表观密度、颗粒大小和强度、灰分、水分)和吸附容量性能指标(例如碘值、亚甲基蓝)。目前国标使用的是《木质净水用活性炭》(GB/T13803.2-1999)。具体的指标如表1。

表1 活性炭的指标

这些指标虽然都很重要,但仅仅通过碘值和亚甲基蓝吸附值两项吸附容量指标去筛选合适的活性炭,显然是不够全面、不够客观的。根据国标进行评估,评估的仅仅是分子量与碘、亚甲基蓝两类物质相接近的有机物的吸附容量,而面对饮用水复杂的有机物体系,国标的评估方法只能作为参考,不适合作为最终的评估方法。

3.2、国内外一些先进的评估方法

活性炭微型柱快速穿透法,该方法是活性炭装入微型柱中进行实验,使用微型柱是为可以减少实验的时间,以最短的时间判断大型活性炭床运行情况,达到快速筛选最佳活性炭的目的。该方法可以比较准确评估活性炭实际的吸附性能,实验结果更具代表性和准确性。

4、饮用水处理活性炭新评估方法

4.1、对饮用水中有机物评估指标的确定

对于单一的有机物可以使用定向检测方法来评估去除率。而对于混合有机物而言,不可能做到对有机物一一检测,只能做到综合评估。如何选择一个全面能反映有机物含量的指标非常重要。经过实验验证TOC可以比较灵敏反映水中有机物含量的变化,比常规使用的COD值更具代表性,且检测更加快速,更加准确,是非常理想的评估指标。

4.2、活性炭吸附容量的评估

将相同粒径规格的活性炭用纯净水清洗干净,烘干至恒重备用。称取等量的恒重活性炭于相同规格的实验微柱中,装填量只需要柱高的二分之一,预留反洗的空间。反向冲洗实验柱,彻底排除气体后进行对比实验。保持相同的进水水质和相同的运行条件,连续运行,通过检测出水的TOC值,绘制穿透曲线。比较不同活性炭对水中有机物的吸附容量。使用该方法可以有针对性的根据每个水质特点,筛选出最合适的活性炭品类。同时不同原料和不同生产工艺活性炭的吸附性能可以一次对比完成,增加效率。

4.3、活性炭吸附容量和活性炭孔容孔径分布检测的联合研究

使用微柱过滤法评判不同活性炭的吸附容量,结合对应的活性炭孔容和孔径分布检测,可以初步判定水中有机物分子量的分布范围,根据对比结果总结吸附规律。

同时孔容和孔径分布仪可以快速准确的评估果壳活性炭的微孔结构,确保每批次的炭与实验筛选的炭品质相一致,确保处理效果。

该方法的优点为:1)解决了微型柱穿透法前期无法评估复杂有机物去除效果的问题;2)缩短评估时间,不同炭的评估可以同时进行;3)通过孔径分布检测,结合微柱实验结果,可以判断水体有机物分子量的分布情况,同时也可保证每批次果壳活性炭的品质;4)实验方法简单,具有很强的操作性。

本研究采用的饮用水用活性炭新评估方法用于活性炭的选炭,操作简便,结果准确,可以真实反映大型系统实际的运行效果。同时引入活性炭孔容和孔径分布检测的方法,对于深入研究活性炭的吸附性能有深远的意义。

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