活性炭治理水污染PPT課件

1、超濾顆?；钚蕴孔贤饩€消毒組合工藝制備直接飲用水試驗(yàn)研究裴劍(同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室) 超濾(UF) 膜的截留顆粒粒徑為1 nm 0. 1m,能夠有效去除水中的懸浮顆粒、膠體、濁度和病原菌等大分子物質(zhì),且所需操作壓力較低。活性炭(AC),吸附小分子有機(jī)物的效果顯著,常與UF對(duì)大分子有機(jī)物及細(xì)菌等病原微生物的篩分作用很好地結(jié)合在一起,大大提高了污染物特別是有機(jī)物的去除率。紫外線消毒(UV)可以滅活大多數(shù)細(xì)菌、病毒、孢子且不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物。 本試驗(yàn)擬采用UFGACUV 這三種不同水處理單元的有機(jī)組合,通過發(fā)揮膜過濾物理篩分凈化的優(yōu)勢(shì)、顆?；钚蕴课叫》肿佑袡C(jī)物的特點(diǎn)和紫外線避免消

2、毒副產(chǎn)物產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn),探討其深度凈化飲用水的效果。給水排水,2010,36(3)第1頁/共97頁試驗(yàn)所用的超濾膜膜組件由蘇州立升膜分離科技有限公司提供。超濾膜膜材料為聚氯乙烯,截留相對(duì)分子質(zhì)量10萬,膜表面積2. 11 m2 ,纖維內(nèi)徑1mm,纖維外徑1. 6 mm,纖維長(zhǎng)度0. 54 m,膜平均孔徑0.01m,允許操作壓力0. 10. 3 MPa。顆?；钚蕴恐鵊AC材質(zhì)為椰殼,重量780 g, 碘值100 mg/g,粒度830目。試驗(yàn)過程中,超濾膜最終出水的最大流量為20 L /h, 平均流量為15 L /h,整個(gè)試驗(yàn)階段累計(jì)產(chǎn)水量為2 700 L。第2頁/共97頁UV254主要代表腐殖酸類物

3、質(zhì),間接反映了水中有機(jī)污染的程度。還作為三鹵甲烷(THMs)的前驅(qū)物( THMFP)的替代參數(shù),因此也間接反映了水的致癌、致畸和致突變性。第3頁/共97頁自來水濁度較高,大部分在1 NTU以上, 可能是出水經(jīng)管道后二次污染引起的。經(jīng)一級(jí)UF后濁度由1 NTU降低到0.2 NTU 以下, 達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 57492006)的限值( 1 NTU) , 滿足了飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)( CJ 942005 ) 的規(guī)定值( 0. 5 NTU) 。即超濾膜處理濁度效果顯著。從最終出水濁度隨產(chǎn)水量變化的趨勢(shì)看,本工藝的運(yùn)行比較穩(wěn)定,濁度在0. 1 0. 206 NTU 范圍內(nèi),平均值為0. 155

4、NTU。第4頁/共97頁自來水經(jīng)過一級(jí)UF 后,CODMn基本不變。GAC后凈水中的CODMn明顯下降, CODMn 2 mg/L。這是因?yàn)榛钚蕴勘缺砻娣e大,具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu),對(duì)有機(jī)物特別是小分子有機(jī)物有良好的吸附性。過二級(jí)UF和紫外線消毒設(shè)備后, CODMn有所下降,但不明顯。第5頁/共97頁自來水進(jìn)水的UV254均值為0. 089 cm- 1 ,經(jīng)過一級(jí)UF后,UV254平均值為0. 081 cm- 1 ,平均去除率為8. 99%。水經(jīng)過顆粒活性炭柱后, UV254值急劇下降為0. 014 cm- 1 ,平均去除率達(dá)到82. 7% ,去除效果較超濾膜明顯。經(jīng)過二級(jí)UF, UV254仍然保

5、持下降趨勢(shì),去除效果與一級(jí)UF基本等同。最終出水的UV254值有時(shí)會(huì)略有上升,究其原因,可能是紫外線對(duì)某些大分子有機(jī)物(苯和苯酚等)具有光降解作用,大分子有機(jī)物減少的同時(shí),小分子物質(zhì)隨之增多,造成UV254的上升。第6頁/共97頁在經(jīng)過一級(jí)UF后大部分水樣中細(xì)菌總數(shù)減少,去除率基本達(dá)到100%。超濾膜對(duì)細(xì)菌等微生物具有很強(qiáng)的截留效果。細(xì)菌總數(shù)在GAC后又升高,這可能與顆粒活性炭中吸附截留的有機(jī)物有關(guān),因?yàn)橛袡C(jī)物為細(xì)菌滋生提供生存條件,使出水中細(xì)菌總數(shù)增加。細(xì)菌總數(shù)在經(jīng)過二級(jí)UF后又降低,最終出水均能保證細(xì)菌總數(shù)為0 CFU /mL。這一方面是因?yàn)橹锌绽w維微超濾膜對(duì)細(xì)菌及病原微生物有良好的截留作

6、用;另一方面,對(duì)濁度的良好的去除還可以避免活性炭細(xì)顆粒帶入出水中。第7頁/共97頁Active Carbon第8頁/共97頁2.1 概述 活性炭是一種非常優(yōu)良的吸附劑，它是利用木炭、各種果殼和優(yōu)質(zhì)煤等作為原料，通過物理和化學(xué)方法對(duì)原料進(jìn)行破碎、過篩、催化劑活化、漂洗、烘干和篩選等一系列工序加工制造而成。它具有物理吸附和化學(xué)吸附的雙重特性，可以有選擇的吸附氣相、液相中的各種物質(zhì)，以達(dá)到脫色精制、消毒除臭和去污提純等目的。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)可按照中國國標(biāo)GB，或按照其他國家標(biāo)準(zhǔn)，如：美國ASTM，日本JIS，德國DIN標(biāo)準(zhǔn)等。 第9頁/共97頁活性炭廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，如石化行業(yè)的無堿脫臭（精制

7、脫硫醇）、乙烯脫鹽水（精制填料）、催化劑載體（鈀、鉑、銠等）、水凈化及污水處理；電力行業(yè)的電廠水質(zhì)處理及保護(hù)；化工行業(yè)的化工催化劑及載體、氣體凈化、溶劑回收及油脂等的脫色、精制；食品行業(yè)的飲料、酒類、味精母液及食品的精制、脫色；黃金行業(yè)的黃金提取、尾液回收；環(huán)保行業(yè)的污水處理、廢氣及有害氣體的治理、氣體凈化；以及相關(guān)行業(yè)的香煙濾嘴、木地板防潮、吸味、汽車汽油蒸發(fā)污染控制，各種浸漬劑液的制備等。活性炭在未來將會(huì)有極好的發(fā)展前景和廣闊的銷售市場(chǎng)。 第10頁/共97頁 活性炭的種類因制備原料及工藝不同而不同，從形狀和外觀上看，可分為如下幾種：外觀為暗黑色，由含碳原料（如果殼、動(dòng)物骨骼、煤和石油焦等）

8、在不高于773K下炭化，然后通水蒸氣活化制得。根據(jù)用途不同，原料也不同。維尼綸催化劑載體炭，是用果殼作原料，經(jīng)水蒸氣活化制得的不定形顆粒炭?；厥占拔接锰?，是以煤粉為原料，以煤焦油作調(diào)和劑，經(jīng)成型、炭化及活化制得的圓柱形顆粒炭。脫硫炭的原料及制造方法與回收及吸附用炭相同。凈化水用是用無煙煤作原料，經(jīng)破碎后直接炭化和水蒸氣活化制得，外觀為不定形顆粒炭。第11頁/共97頁采用優(yōu)質(zhì)煤為原料，具有低灰、高強(qiáng)度、高吸附等顯著特征。主要用于水凈化、防護(hù)、氣體脫硫脫臭、溶劑回收等領(lǐng)域。煤質(zhì)柱狀活性炭椰子殼系列活性炭采用優(yōu)化椰殼為原料，具有孔徑大，強(qiáng)度高，吸附容量大，吸附速度快；主要用于水處理，氣相處理和催化

9、劑載體。第12頁/共97頁第13頁/共97頁第14頁/共97頁第15頁/共97頁外觀為粉末狀，粒度一般在200目以下，粉末炭可分為用于糖類、油脂、酒類、藥品等脫色用的脫色炭，及用于醫(yī)藥方面的藥用炭。粉末活性炭的粒徑一般在1050m之間。比表面積一般在1000m2/g以上，細(xì)孔一般總孔容積可達(dá)0.6一1.18mL/g，孔徑104nm，細(xì)孔分為大孔、過濾孔和微孔。 第16頁/共97頁活性炭纖維是將合成纖維或木質(zhì)素或木素纖維經(jīng)藥劑處理、干燥，經(jīng)水蒸氣活化等過程制得。由于改善了原有的吸附性質(zhì)，使其具備了新的離子交換性能，已被廣泛應(yīng)用于SO2和氮氧化物的分離及在溶液中對(duì)重金屬離子的分離。是新一代高效活性

10、吸附材料和環(huán)保功能材料，是活性炭的更新?lián)Q代產(chǎn)品。可以完成顆?；钚蕴繜o法實(shí)現(xiàn)的工作。（ACF）第17頁/共97頁第18頁/共97頁20世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的一種新型吸附劑，是一種優(yōu)良的非極性碳素材料，具有均勻孔徑(0.4nm)的分子篩結(jié)構(gòu)。由重石油烴類在裂化罐內(nèi)加熱至600，通過熱裂而制得。外觀為黑色柱狀固體，碳分子篩能選擇吸附氧而不吸附氮。在分離空氣工藝中，是常用的吸附劑。 第19頁/共97頁 活性炭之所以具有商業(yè)價(jià)值，主要是由于它具有兩種主要的物理特性：表面及孔隙。 第20頁/共97頁與木炭、炭黑、焦炭一樣，活性炭屬于無定形炭，其結(jié)構(gòu)與石墨相似，是由多環(huán)芳香族環(huán)組成的層面晶格。 活性炭的孔隙

11、半徑有大有小。大孔半徑為100-10000nm，中孔半徑為2-100nm，微孔半徑小于2nm。其微孔特別發(fā)達(dá)，占單位質(zhì)量活性炭總面積的95%以上。微孔提供吸附能力，大孔則可作為進(jìn)入微孔的通路。 活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)是活性炭最有價(jià)值的結(jié)構(gòu)。它的孔隙是由于炭在活化過程中無組織的炭素和炭成分被消耗后，在基本微晶間留下的空間。只要活化方法恰當(dāng)，可以形成非常多的孔隙，其孔隙壁的總面積一般為500-1700m2/g，這便是顯示活性炭大吸附容量的主要原因。 第21頁/共97頁第22頁/共97頁活性炭的吸附作用包含物理吸附和化學(xué)吸附。一般而言，活性炭對(duì)無機(jī)電解質(zhì)吸附性極差，而對(duì)芳香類有機(jī)物及不飽和脂肪類化合物吸附

12、能力遠(yuǎn)比硅膠的好?；钚蕴康奈侥芰梢杂没钚蕴康谋砻娣e、吸附率和吸附速度表示。 活性炭總表面積可由BET（Brunauer,Emmett,Teller)方法測(cè)定?；钚蕴康奈铰驶蛭侥芰?，取決于被吸附物質(zhì)的濃度、溶液的溫度、接觸時(shí)間、pH值和活性炭顆粒直徑等各種因素。測(cè)定活性炭的吸附能力就要測(cè)定吸附平衡等溫線。在水處理中常用Frendlich公式。由活性炭的吸附能力可以確定在實(shí)際使用時(shí)活性炭的需要量。影響活性炭吸附速度的因素有：(1)吸附物質(zhì)向活性炭表面的遷移速度；(2)活性炭顆?？紫秲?nèi)的擴(kuò)散速度；(3)活性炭?jī)?nèi)表面上的吸附反應(yīng)速度。 第23頁/共97頁除了活性炭的吸附性能的指標(biāo)外，活性炭的一

13、般性質(zhì)主要有以下幾項(xiàng)：(1)水分：一般含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為3%、8%、10%。在貯存過程中，活性炭可能吸收25%-30%的水分，因此，在實(shí)際使用前，需測(cè)定其含水量。 (2)灰分：可以在600馬福爐中測(cè)定。 (3)干燥減量：一般在5%以下。 (4)堆積密度：表示活性炭的表觀密度，就是單位體積活性炭的質(zhì)量，可用量筒測(cè)定。 (5)pH值：指在一定量蒸餾水活性炭懸浮液中的pH值，一般在4-11。 第24頁/共97頁(6)硬度及耐磨性：采用模擬工廠操作中的條件使顆粒相互摩擦，測(cè)定試前和試后活性炭粒徑的變化。 (7)粒度：粉狀為100目，粒狀為8-32目。 (8)對(duì)亞甲基藍(lán)的脫色能力：一般在150mg/g

14、以上。 (9)對(duì)碘的吸附能力：一般應(yīng)超過1100mg/g。 (10)：氯化物0.5%以下、鉛0.001%以下、鋅0.1%以下、砷0.0002%以下。 第25頁/共97頁不同原料和不同的活化過程制備的活性炭吸附特性不同。可作為活性炭的原料有：蔗渣、甜菜糖泥、血、骨、碳?xì)浠衔?、谷類、煤、椰子殼、咖啡豆、玉米稈、棉籽殼、魚、煙塵、果核、石墨、海草海藻、燈黑、皮革廢物、木質(zhì)素、褐煤、糖蜜、硬果殼、油頁巖、泥炭、石油酸泥、石油焦、紙廠廢物、稻皮、橡膠廢物、鋸末、木材、酒廠廢物等。常用的是鋸末、纖維、泥煤、褐煤。 目前普遍認(rèn)為果殼是制備活性炭的最佳原料，但由于果殼資源有限，不易集中、貯存，價(jià)格昂貴。因此

15、近年來一直在積極尋找有效利用廢棄物為原料生產(chǎn)活性炭的方法。國內(nèi)已研究了采用竹類、煙桿、棉桿、核桃殼等廢棄物制備活性炭的方法。第26頁/共97頁椰殼破碎活性炭的制備工藝流程如下： 粒狀活性的制備工藝流程如下： 第27頁/共97頁CO2 活化制備椰殼基活性炭-炭素技術(shù)，2010,29（1）楊坤彬(昆明理工大學(xué)材料與冶金工程學(xué)院)1.原料椰殼來自西雙版納。先將其在110下干燥48h，隨后將其破碎后，以10 /min的升溫速率加熱至600 ，炭化2h，經(jīng)篩分后，取粒徑為4-5.6mm 的為原料。第28頁/共97頁2.實(shí)驗(yàn)方法取椰殼炭化料20g 加入水平管式爐內(nèi)，通入氮?dú)?0min 后，以50 /min

16、的升溫速率升溫至所需溫度；隨后停止通入氮?dú)馇袚Q為CO2 氣體進(jìn)行活化，活化一定時(shí)間后，停止加熱，并切斷CO2通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下降至室溫。3. 活性炭樣品的檢測(cè)及表征活性炭的碘吸附值按GH /T 12496.8-1999 測(cè)定。通過全自動(dòng)物理化學(xué)吸附儀在77K 下測(cè)定其N2 吸附等溫線，并采用BET法計(jì)算活性炭的比表面積，DR方程計(jì)算微孔容積、總孔容積，在相對(duì)壓力為0.95 的吸附量，并通過非定域化密度函數(shù)理論表征活性炭孔徑分布。第29頁/共97頁隨著活化溫度的升高，使孔結(jié)構(gòu)得到迅速發(fā)展，產(chǎn)生大量的微孔，達(dá)到明顯的活化效果，同時(shí)炭的損失也隨之增加。所以得率( 即產(chǎn)物與原料的重量百分比)不斷降

17、低，而碘吸附值不斷增加。第30頁/共97頁活化溫度900 ，CO2流量600mL/min不變的條件下，研究活化時(shí)間對(duì)活性炭結(jié)構(gòu)特征和得率的影響?；罨瘯r(shí)間的增加，得率不斷降低，碘吸附值呈先增加后減少。隨著活化時(shí)間延長(zhǎng)，微孔含量增加，碘吸附值增加；當(dāng)活化時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，發(fā)生過燒，使原先已形成的孔被不斷加寬，導(dǎo)致孔被擴(kuò)大甚至塌陷，其碘吸附值降低。第31頁/共97頁該N2吸附等溫線為典型的I型等溫線。在相對(duì)壓力較小時(shí)，其吸附量迅速增加，該活性炭以微孔為主，由于活性炭中存在一定量的中孔和大孔，導(dǎo)致在相對(duì)壓力較高時(shí)，其吸附平臺(tái)并非呈水平狀，而是有一定的斜率，并出現(xiàn)了拖尾現(xiàn)象。其比表面積、總孔容積、微孔容積

18、可達(dá)：1653m2/g,1.045cm3/g,0.8582cm3/g。第32頁/共97頁采用非定域化密度函數(shù)理論對(duì)其孔徑分布進(jìn)行表征，該法已發(fā)展成為描述受限于多孔材料中的吸附和非均勻流體相行為的有效方法，并在活性炭及多孔材料孔結(jié)構(gòu)的表征中得到了廣泛的應(yīng)用。CO2活化有利于微孔的形成，所制備的活性炭孔徑分布主要集中在微孔范圍，其峰值孔徑主要出現(xiàn)在0.573nm，其中微孔容積占總孔容積的82%。第33頁/共97頁 化學(xué)法制活性炭的成熟工藝為法，國內(nèi)活性炭生產(chǎn)廠大多采用該法，其活化原理為：氯化鋅在炭化活化中有脫水作用，使有機(jī)木質(zhì)原料中的氫、氧元素以水的形式逸出，如此可降低炭化活化溫度，改變熱解路線，

19、另外氯化鋅溶液對(duì)木質(zhì)原料有溶解、侵蝕作用，故可順利滲透到原料內(nèi)部，到達(dá)木質(zhì)原料中纖維形成的細(xì)孔中，以實(shí)現(xiàn)完全活化，活化過程中氯化鋅多數(shù)留在炭中起骨架作用，而形成的炭則沉積在骨架上，當(dāng)最后用水洗掉氯化鋅后，則炭形成多孔，從而具有吸附、脫色作用。第34頁/共97頁 ：將工業(yè)品氯化鋅配成水溶液與烘干的木屑以 1 3 - 4的固液比投入捏合機(jī)中，使充分捏合均勻，捏合時(shí)間不小于 1 5min，以保證氯化鋅溶液充分進(jìn)入纖維內(nèi)部。 ：嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，雖提高溫度對(duì)反應(yīng)有利，但氯化鋅的損失量增加，所以在保證活性炭質(zhì)量的前提下應(yīng)盡力降低炭化活化溫度。該工段工藝條件：溫度為 450 - 550，時(shí)間40min，回

20、轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)速為 2 - 3轉(zhuǎn)/分。 ：從回轉(zhuǎn)爐中卸出的物料中除含有炭及氯化鋅外，還含有因高溫和水蒸氣存在下反應(yīng)生成的氧化鋅和氫氧化鋅，需將其進(jìn)行處理：一是使氧化鋅和氫氧化鋅反應(yīng)變?yōu)榭勺鳛榛罨瘎┑穆然\，二是最大限度的回收氯化鋅，以循環(huán)使用降低成本。第35頁/共97頁 ：因生產(chǎn)中采用的設(shè)備大多為鐵器設(shè)備，導(dǎo)致產(chǎn)品中鐵含量超標(biāo)，故需除鐵。其過程為：將回收工段送來的物料投入除鐵池 (非鐵設(shè)備)，再加入自來水使其剛好浸沒物料，然后加入占物料量4. 5%的工業(yè)鹽酸，在 95左右間歇攪拌反應(yīng)2小時(shí)以上，最后反復(fù)漂洗、過濾，至洗液達(dá)中性為止。 ：洗至中性的物料先采用離心機(jī)或板框壓濾機(jī)脫除其中大部分水份。然后在轉(zhuǎn)

21、筒干燥機(jī)中干燥至水份小于10 %后送去粉碎包裝。 ：國內(nèi)生產(chǎn)廠大多采用球磨機(jī)進(jìn)行粉碎，其產(chǎn)品細(xì)度應(yīng)據(jù)用戶要求進(jìn)行調(diào)整。粒度越小脫色效果越好，但粒度過小影響過濾速度，一般控制在粒徑120目為佳。第36頁/共97頁 優(yōu)點(diǎn)：該法制備的活性炭孔隙率大，且可通過調(diào)整活化劑的濃度生產(chǎn)不同孔徑的活性炭，另外用氯化鋅作活化劑，炭化活化溫度低、易操作、能耗小，同時(shí)氯化鋅可回收循環(huán)使用。 缺點(diǎn)：因在炭化活化時(shí)有部分氯化鋅進(jìn)入大氣，另外回收工段使用揮發(fā)性鹽酸，兩者對(duì)大氣均有一定程度污染。 第37頁/共97頁 用高溫水蒸氣、高溫?zé)煹罋?(CO2氣體)及高溫空氣對(duì)炭進(jìn)行活化的方法為物理活化法。其活化原理為 : H2O(

22、g)+Cx 800 -900 H2 +CO+Cx- 1 - Q CO2 (g)+C x 800 -900 2CO+C x- 1 O2 (g)+C x 800 -90 0 2 CO+Cx- 2 +Q O2 (g)+C x C，即磷酸溶液濃度活化溫度活化時(shí)間。得率: ABC，即磷酸溶液濃度活化溫度活化時(shí)間綜合考慮碘吸附值、亞甲基藍(lán)脫色力及得率可得，最佳工藝條件為A3B2C3，即磷酸濃度為50%()，活化溫度為300，活化時(shí)間為30 min. 在此條件下，活性炭得率為53.21%，碘吸附值為804.36 mg/g，亞甲基藍(lán)脫色力為102 mL/g.第43頁/共97頁苯胺濃度為49.6 mg/L，綜合

23、考慮，活性炭用量0.8 1.6 g 較適宜.第44頁/共97頁在酸性溶液中苯胺將發(fā)生以下平衡反應(yīng)：在酸性溶液中苯胺主要以離子狀態(tài)存在，而堿性條件下主要以分子狀態(tài)存在。 非離子形態(tài)的苯胺具有極高的疏水性，而疏水性吸附是水中吸附的主要驅(qū)動(dòng)力. 因此在酸性條件下苯胺被活性炭更易吸附。第45頁/共97頁活性炭對(duì)苯胺的吸附能力隨溫度的升高而增大，苯胺的吸附等溫線呈現(xiàn)非線性特征，表明山核桃殼活性炭與苯胺之間主要通過表面吸附方式發(fā)生作用第46頁/共97頁 所謂再生，就是在吸附劑本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生或很少變化的情況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑微孔中除去，恢復(fù)它的吸附能力，以達(dá)到重復(fù)使用的目的。再生不應(yīng)損害活性炭的

24、耐熱性、耐酸性、耐堿性、耐氧化性及吸附能力，還應(yīng)注意活性炭的粉末度或粒度，同時(shí)又要考慮經(jīng)濟(jì)性。 活性炭的再生主要有以下幾種方法：第47頁/共97頁 高溫下，吸附質(zhì)分子易于從吸附劑活性中心點(diǎn)脫離；同時(shí)，吸附的有機(jī)物在高溫下能氧化分解，或以氣態(tài)分子，或斷裂成短鏈，降低了吸附劑對(duì)它的吸附能力。加熱再生過程由下列幾個(gè)步驟進(jìn)行：使活性炭和輸送液分離；干燥：加溫到100-150，把細(xì)孔中的水分蒸發(fā)出來，同時(shí)使一部分低沸點(diǎn)的有機(jī)物也揮發(fā)出來；活化：加熱到700-1000，使留在細(xì)孔中的殘留碳與活化氣體反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物以氣態(tài)形式逸出，達(dá)到重新造孔的目的；化：加熱300-700，使高沸點(diǎn)有機(jī)物熱分解，一部分低沸點(diǎn)

25、物質(zhì)揮發(fā)，另一部分被碳化留在活性炭細(xì)孔中；冷卻：把活化后的活性炭用水急劇冷卻，防止氧化。第48頁/共97頁 第49頁/共97頁第50頁/共97頁 20 世 紀(jì) 60年代初，歐美各國開始大量使用粒狀和粉狀活性炭吸附法處理城市飲用水和工業(yè)廢水，目前已成為城市污水和工業(yè)廢水深度處理和污染水源凈化的有效方法。 我國于1975年在甘肅白銀金屬有限公司建成日處理3104m3的粒狀活性炭?jī)羲b置，凈化受石油化工污染的地面水水源，這一裝置目前還在使用。1985年北京建成的供水1.7 105m3/h的田村山水廠，采用臭氧氧化和活性炭深度處理工藝，后來又建成的水源九廠也采用了活性炭?jī)艋夹g(shù)。最近在上海浦東自來水廠

26、、安亭自來水廠應(yīng)用粉末活性炭作深度處理，使自來水水質(zhì)達(dá)到直接飲用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。首鋼在焦化污水處理中，應(yīng)用粉末活性炭處理高濃度污水，使焦化污水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 現(xiàn)階段污水回收利用項(xiàng)目中，粉末活性炭作為雙膜法除鹽工藝的預(yù)處理，可降低污水的COD及油的含量，保證膜的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。第51頁/共97頁 廢水連續(xù)地通過填充活性炭的吸附設(shè)備時(shí)，其中的吸附質(zhì)被活性炭吸附，在操作中，因活性炭在設(shè)備中是固定的，故稱固定床。當(dāng)出水水質(zhì)不符合要求時(shí)，就要停止進(jìn)水，如果所采用的是單個(gè)吸附床，則停止進(jìn)水后就要將活性炭卸出，由專門設(shè)備再生。 按照固定床中水流方向分為升流式和降流式兩種。降流式出水水質(zhì)好，操作維護(hù)方便，但水頭損失

27、大，為防止懸浮物堵塞吸附層，需定期反沖洗。升流式因?qū)觾?nèi)水頭損失增加慢，故運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，但廢水出口處吸附層沖洗較困難。另外，操作失誤時(shí)，活性炭易被流失。 固定床根據(jù)處理水量，原水的水質(zhì)和處理要求可分為單床、多床串聯(lián)和多床并聯(lián)等方式。活性炭吸附方式一般分為4類，即接觸吸附方式、固定床方式、移動(dòng)床方式、流動(dòng)床方式。粉末活性炭只有接觸吸附方式，這是粉末活性炭的特點(diǎn)。第52頁/共97頁 廢水從吸附塔底部流入，與活性炭逆流接觸，處理后從塔頂流出。再生后的活性炭從塔頂加入，接近飽和活性炭從塔底間歇排出并進(jìn)行再生。 移動(dòng)床比固定床能更充分地利用活性炭的吸附容量，水頭損失小，被截留的懸浮物隨飽和的活性炭間歇從塔底

28、排出，所以不必反沖洗。但這種操作要求吸附層上下不能混合，操作管理要求高。 第53頁/共97頁 特點(diǎn)是水從下往上流動(dòng)，使吸附床呈膨脹或流化狀態(tài)，致使活性炭顆粒與被處理的水中污染物有更多的接觸機(jī)會(huì)，這種操作較復(fù)雜，在廢水處理中較少使用。 第54頁/共97頁由于粉末活性炭具有投加方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)，因此它的投加工藝可利用原有水處理設(shè)備，基建投資省，不增加建筑面積。所以更適用于舊廠改造項(xiàng)目。 20 世 紀(jì) 60年代初，歐美各國開始大量使用粉狀活性炭吸附法處理城市飲用水和工業(yè)廢水，目前已成為城市污水和工業(yè)廢水深度處理和污染水源凈化的有效方法。 在上海浦東自來水廠、安亭自來水廠應(yīng)用粉末活性炭作深度處理，使自

29、來水水質(zhì)達(dá)到直接飲用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。首鋼在焦化污水處理中，應(yīng)用粉末活性炭處理高濃度污水，使焦化污水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 現(xiàn)階段污水回收利用項(xiàng)目中，粉末活性炭作為雙膜法除鹽工藝的預(yù)處理，可降低污水的COD及油的含量，保證膜的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。第55頁/共97頁根據(jù)原水中水質(zhì)狀況，特別是有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的分布狀況，確定粉末活性炭的炭種很重要。不同粉末活性炭對(duì)有機(jī)物的去除效果見下圖。椰殼活性炭COD、去除率最高,目前普遍認(rèn)為果殼是制備活性炭的最佳原料序號(hào)3為椰殼活性炭，其他的均為無煙煤、煙煤等原料制成的活性炭。第56頁/共97頁l粉末活性炭投加的方法有兩種,即投加和投加。通過料倉給料、投加機(jī)螺桿輸送，并利用將粉

30、末炭投入水中。具有占地面積小、操作管理方便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但環(huán)境污染大，目前已有粉末活性炭自動(dòng)投加成套設(shè)備。是將，在制備投加過程中炭粉不會(huì)隨空氣飛揚(yáng),操作環(huán)境較好,系統(tǒng)使用較為成熟穩(wěn)定,但需要建立混合池、攪拌機(jī)及投加計(jì)量泵等設(shè)備，投資和占地面積相對(duì)較大。l一般給水處理中。干投可作應(yīng)急處理。第57頁/共97頁 粉末活性炭的投加量需根據(jù)水質(zhì)污染狀態(tài)確定。室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定投加量“宜為530 mg/ L”。 粉末活性炭炭漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為5 %10 %。但在濕式投加中多采用5 % ,這樣可使炭漿快速擴(kuò)散,與水體充分混合,同時(shí)避免了投加管道易堵塞和其他機(jī)械故障。第58頁/共97頁l為充分發(fā)揮粉末

31、活性炭的吸附作用,需要使其與水充分混合,并保證足夠的接觸時(shí)間(一般接觸時(shí)間3060 min) 和盡量避免吸附被干擾。合適的粉末活性炭投加點(diǎn)非常重要。對(duì)于常規(guī)的混凝、沉淀、過濾水處理工藝,粉末活性炭的投加點(diǎn)可以有以下三種選擇: 原水吸水井投加、混凝前端投加、濾池前投加。l一般認(rèn)為,在吸水井投加能較充分地發(fā)揮粉末活性炭的吸附作用,但存在著與后續(xù)混凝工藝競(jìng)爭(zhēng)去除有機(jī)物的問題。如果吸附與混凝競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重,將降低活性炭的吸附作用,造成投加量增加,處理成本加大。第59頁/共97頁l在混凝前端投加,理論上分析認(rèn)為投加混凝劑后,在絮凝池中形成的微小絮體尺度發(fā)展到與粉末活性炭顆粒尺度相近的位置應(yīng)作為最佳投加點(diǎn)。在該

32、點(diǎn)投加既可在一定程度上避免競(jìng)爭(zhēng)吸附,又可使絮體對(duì)粉末活性炭顆粒的包裹作用最小,可以充分發(fā)揮粉末活性炭的吸附效率。l濾前投加,不存在吸附與混凝競(jìng)爭(zhēng)問題,但粉末活性炭進(jìn)入濾池后,可能會(huì)堵塞濾料層使濾池的工作周期明顯縮短。此外,粉末活性炭還有穿透濾層現(xiàn)象,而且吸附時(shí)間難以得到保證。l因此,實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,投加點(diǎn)的選擇需要結(jié)合以上特征,再根據(jù)原水水質(zhì)和水廠處理工藝特點(diǎn)、水力條件綜合考慮決定。第60頁/共97頁中國給水排水,2009,25(3)(常州市規(guī)劃設(shè)計(jì)院)試驗(yàn)材料活性炭采用煤質(zhì)粉末狀活性炭,其細(xì)度為200目、碘值900 mg/g、亞甲基藍(lán)值180 mg/g、含水率10%，濕式投加方式?；炷齽┎捎?/p>

33、聚合氯化鋁 PAC，；原水水質(zhì)試驗(yàn)用水為京杭運(yùn)河常州段原水,取水點(diǎn)位于凈水廠取水口附近。第61頁/共97頁試驗(yàn)方法模擬吸水井(A) :攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為350 r /min、攪拌時(shí)間為6 s;模擬進(jìn)水管道(B) :攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為350r /min、攪拌時(shí)間為23 min;模擬管道混合器(C) :在B之后投加混凝劑,攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為300 r /min、攪拌時(shí)間為30 s;模擬絮凝初期(D) : C之后,攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為100 r/min、攪拌時(shí)間為8 min; 模擬絮凝中期(E) : D之后,攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為50 r /min、攪拌時(shí)間為10 min;模擬后續(xù)階段( F) : E之后,保持?jǐn)嚢铏C(jī)轉(zhuǎn)速不變,繼續(xù)攪拌

34、2 min;然后停止攪拌,靜置30 min, 取上清液作為模擬工藝出水進(jìn)行測(cè)試。整個(gè)試驗(yàn)過程連續(xù)進(jìn)行(中間不需靜沉) 。第62頁/共97頁投炭點(diǎn)對(duì)處理效果的影響粉末活性炭投加點(diǎn)的選擇主要用于解決混凝與粉末活性炭對(duì)有機(jī)污染物吸附去除的競(jìng)爭(zhēng),以及絮體對(duì)粉末活性炭顆粒的包裹問題,目的是在充分發(fā)揮混凝去除有機(jī)污染物能力的同時(shí),再利用粉末活性炭去除剩余的有機(jī)污染物,使總?cè)コ蔬_(dá)到最高,且使粉末活性炭的用量最省。在聚合氯化鋁投加量為10 mg/L、投炭量為30mg/L的條件下,考察了不同的投炭點(diǎn)(吸水井、管道混合器、絮凝初期、絮凝中期)對(duì)污染物去除效果的影響。第63頁/共97頁當(dāng)原水揮發(fā)酚含量較低時(shí)(0.

35、 0030. 006 mg/L) , 投炭點(diǎn)為吸水井時(shí)處理效果略好;當(dāng)原水揮發(fā)酚含量較高時(shí)( 0. 0090. 010 mg/L ) ,投炭點(diǎn)為吸水井和絮凝中期時(shí)對(duì)揮發(fā)酚的去除效果要好。原因是在這兩個(gè)投炭點(diǎn), 活性炭和混凝劑投加的時(shí)間間隔較大,兩者之間的吸附競(jìng)爭(zhēng)較弱, 活性炭可以充分發(fā)揮其吸附優(yōu)勢(shì)。第64頁/共97頁吸水井、管道混合器、絮凝初期三個(gè)投炭點(diǎn)對(duì)CODMn都有明顯的去除效果; 而絮凝中期無效果,這是因?yàn)? 絮凝中期,絮體顆粒在紊動(dòng)水流中不斷與其他顆粒碰撞、結(jié)合,形成更大的絮體顆粒,迅速將投入的分散狀態(tài)的活性炭顆粒包裹起來(通過顯微鏡觀察投加AC后任何階段的絮體顆粒,均可見活性炭顆粒被

36、包裹其中, 影響AC對(duì)CODMn的吸附去除。常規(guī)處理(空白試驗(yàn))對(duì)CODMn有一定的去除效果, 在吸水井投加時(shí)去除率提高幅度最大。第65頁/共97頁投炭點(diǎn)在吸水井時(shí)對(duì)污染物的綜合處理效果最好,這是因?yàn)榉勰┗钚蕴颗c水中污染物的接觸吸附時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),其吸附性能得以充分發(fā)揮;投炭點(diǎn)分別在管道混合器、絮凝初期、絮凝中期時(shí),對(duì)污染物的去除率依次減小,這與攪拌強(qiáng)度逐漸減弱、粉末活性炭的分散均勻性下降、吸附時(shí)間變短、吸附性能未能充分發(fā)揮有關(guān)。綜上所述,投炭點(diǎn)越靠前則越有利于粉末活性炭吸附作用的充分發(fā)揮,故確定最佳投炭點(diǎn)為吸水井處。第66頁/共97頁隨著AC投加量的增大, 去除率均逐漸增加。當(dāng)AC投加量為10

37、 mg/L時(shí),即能將出水的嗅和味降為1級(jí),此后再增加投加量,出水的嗅和味仍為1級(jí)。當(dāng)投加量為15 mg/L 時(shí),即可將出水的CODMn降至3mg/L以下、色度降至5倍以下;當(dāng)投加量 30mg/L時(shí),對(duì)污染物的去除效果雖有所提高但不明顯。因此,確定最佳的投加量為30 mg/L。與不投加AC的空白試驗(yàn)的出水相比, 濁度的去除主要是混凝作用的結(jié)果。AC 對(duì)濁度的去除非常有限;色度的去除是混凝和AC共同作用的結(jié)果;而對(duì)CODMn、揮發(fā)酚的去除主要是AC吸附作用的結(jié)果。原因是混凝主要去除懸浮固體和膠體,而懸浮固體和膠體主要表現(xiàn)為濁度;揮發(fā)酚主要是易溶于水的低分子有機(jī)物,而混凝對(duì)分子質(zhì)量椰殼炭果殼炭煤質(zhì)炭

38、Calgon F400煤質(zhì)炭Calgon F300 竹炭原煤炭，這與表1中活性炭的苯酚值指標(biāo)大小順序一致。第77頁/共97頁生物強(qiáng)化在顆?；钚蕴刻幚砦⑽廴舅此械淖饔枚卫?，高乃云 （同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）水處理技術(shù)，2010,36（4）試驗(yàn)采用高溫期的灤河水為原水第78頁/共97頁圖2 活性炭及生物強(qiáng)化活性炭出水有機(jī)物分析Fig.2 Analysis of TOC concentration in influent and efluent of BAC with and without bioenhancement相對(duì)于普通活性炭對(duì)TOC的平均去除率42的效果而言，經(jīng)

39、過生物強(qiáng)化后的活性炭對(duì)TOC的去除率能夠達(dá)到5l。這主要因?yàn)榻?jīng)過生物強(qiáng)化作用的活性炭，在水處理過程中同時(shí)發(fā)揮活性炭的物理吸附以及微生物的降解作用，微生物的降解對(duì)TOC的去除也起到了一定的貢獻(xiàn)。第79頁/共97頁AOC指飲用水中有機(jī)營養(yǎng)基質(zhì)能支持異養(yǎng)細(xì)菌生長(zhǎng)的潛能，即細(xì)菌生長(zhǎng)的最大可能性，被認(rèn)為是控制飲用水中異養(yǎng)菌生長(zhǎng)繁殖的最主要營養(yǎng)物質(zhì)。通過對(duì)工藝出水AOC指標(biāo)的檢測(cè)，考察生物強(qiáng)化后的活性炭與自然生長(zhǎng)的活性炭出水的生物穩(wěn)定性。表2 活性炭及生物強(qiáng)化活性炭出水的AOC比較Tab.2 Comparison of AOC in treated efluent of BAC with and with

40、out bioenhancement進(jìn)水中加入2 mgL-1臭氧后，將水中原有的部分高分子有機(jī)物氧化成低分子的醛、酮、酸等，這些物質(zhì)不易被活性炭直接吸附去除，經(jīng)過生物強(qiáng)化的活性炭上的微生物通過呼吸代謝作用能夠降低這些低分子有機(jī)物，表現(xiàn)出對(duì)AOC的5085去除率。第80頁/共97頁圖5 自然運(yùn)行與生物強(qiáng)化活性炭出水含量比較Fig5 Comparison ofammoniumnitrogen and nitritenitrogen in treated emuent between BAC with bioenhancemen and natural growth隨著通水量的增加，自然運(yùn)行的活性炭其出水氨氮及亞硝氮含量出現(xiàn)突然升高的趨勢(shì)，而，沒有表現(xiàn)出明顯的升高趨勢(shì)。第81頁/共97頁第82頁/共97頁第83頁/共97頁第84頁/共97頁第85頁/共97頁第86頁/共97頁第87頁/共97頁- 近年來，備長(zhǎng)炭是人們生活中不可多得的最佳珍寶之一，日本更將其商品化， 稱為，融入人們的生活當(dāng)中，并風(fēng)行海內(nèi)外，備受人們的推崇。在日本，燒烤店、鰻魚店、拉面店、仙貝店等只要掛出備長(zhǎng)碳使用店的招牌，就是美味的保證。 備長(zhǎng)炭元祿年間的紀(jì)伊半島、和歌山、白濱一帶，使用的炭材為，經(jīng)過后所成的木炭，、其，烘成的木炭，但是卻只有。第88頁/共97頁第89頁/共97頁第90頁/共97頁 炭丸