遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司 遼寧省阜新市 123000

摘要：近年來，國家、社會對水處理的重視程度越來越高，為可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)利益，必需提升工業(yè)水處理的質(zhì)量。在長遠(yuǎn)的發(fā)展道路上，有限的水資源不斷被浪費和破壞，然后不斷探究水處理的技術(shù)將對自身乃至全球在循環(huán)利用項目上帶來重要意義。粉末活性炭以其自身的優(yōu)點，在國內(nèi)外的工業(yè)水處理方面得到廣泛應(yīng)用，因此探究粉末活性炭的水處理工藝是技術(shù)人員永恒不變的課題。鑒于此，本文對工業(yè)水處理中粉末活性炭凈水的處理技術(shù)進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：粉末活性炭；工業(yè)水處理；凈化；吸附

一、活性炭的基本性質(zhì)

活性炭是一種多孔徑的炭化物，有極豐富的孔隙構(gòu)造，具有良好的吸附特性，它的吸附作用藉物理及化學(xué)的吸咐力而成的，其外觀色澤呈黑色。其成份除了主要的碳以外，還包含了少量的氫、氮、氧，其分子結(jié)構(gòu)形似一個六邊形，由于不規(guī)則的六邊形結(jié)構(gòu)，確定了其多體枳及高表面積的特點，比表面積高達(dá)1000～3000 m 2/g。

1、孔結(jié)構(gòu)特性

活性炭材料的結(jié)構(gòu)比較特殊，從晶體學(xué)角度看，由石墨微晶和碳?xì)浠衔锝M成，屬于非結(jié)晶性物質(zhì)。其固體部分之間的間隙形成了活性炭材料的孔隙，賦予活性炭材料特有的吸附性能。按照孔徑的大小可分為微孔（直徑<2 nm）、中孔（直徑2～50 nm）和大孔（直徑>50 nm）。微孔具有很強的吸附作用，主要是其具有很大的比表面積；中孔，又叫中間孔，能用于添載觸媒及化學(xué)藥品脫臭；大孔通過微生物及菌類在其中繁殖，就可以使無機的碳材料發(fā)揮生物質(zhì)的功能。

2、表面化學(xué)特性

活性炭的吸附性能不僅取決于其物理結(jié)構(gòu)，更取決于其表面化學(xué)性質(zhì)。表面化學(xué)特性一般與活性炭的原材料、表面官能團(tuán)的種類與數(shù)量、表面雜原子、化合物的種類與狀態(tài)等因素有關(guān)，不同的表面官能團(tuán)、雜原子、化合物會影響活性炭的表面酸堿性、親疏水性、催化性能、表面潤濕性、吸附選擇性能等。研究活性炭材料表面的含氧官能團(tuán)的表征手段時，指出活性炭材料表面可能存在下面幾種含氧官能團(tuán)：羰基、酸酐、乳醇基、羧基、醌基、醚基、內(nèi)酯基、酚羥基。

二、活性炭的吸附作用

如今工業(yè)生產(chǎn)活動對水的污染嚴(yán)重，為解決水質(zhì)污染問題，必須經(jīng)過多道工序?qū)λM(jìn)行去污處理?；钚蕴糠N類繁多，不同的活性炭的吸附能力和吸附物質(zhì)也更有不同。從90年代初期一直到現(xiàn)在，人們應(yīng)用活性炭凈水主要是為了去除水中的三鹵甲烷和少量的有機污染物。[1]因為過量的三鹵甲烷能刺激人體細(xì)胞使其變異從而發(fā)生癌變，所以在對飲用水進(jìn)行凈化時必須去除三鹵甲烷。通常，凈水廠會使用二氧化氯對三鹵甲烷進(jìn)行處理，但這一方法不僅成本高而且存在安全隱患，因此在對飲用水進(jìn)行消毒之前，一般先用活性炭去污，吸附水中的三鹵甲烷。

活性炭很強的吸污去污能力，它的凈水作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）活性炭具有除臭作用，它能除去水中石油、酚等物質(zhì)產(chǎn)生異味，并對這些物質(zhì)有一定的吸附作用。（2）活性炭具有去色作用，它能除去水中由金屬或者植物分解而成的物質(zhì)的顏色，并且能降低有機物顏色的色度，從而除去水中的雜色。（3）活性炭有能夠去除水中的三鹵甲烷。被工業(yè)污水污染的水中會含有一定數(shù)量的三鹵甲烷，它對人體的安全健康危害很大，活性炭可以有效吸附三鹵甲烷。（4）去除農(nóng)藥等有機污染物。目前，水質(zhì)被污染的元兇就是各類有機物如殺蟲劑、芳香族化合物，這類物質(zhì)不能被水中的生物消化而對水質(zhì)造成污染。（5）除去水中的重金屬成分。重金屬含量過高會導(dǎo)致人體中毒，例如汞、鉛，嚴(yán)重的還能致人死亡。

三、粉末活性炭凈水技術(shù)

1、概述

粉末活性炭利用自身的吸附能力對于化學(xué)、氣味等有機物有著吸附作用，粉末活性炭的吸附容量大、效率高、效果好，在顆粒相互碰撞的作用下，更提升了其吸附作用和容量的增加。利用粉末活性炭的吸附作用對水體中的溶解性有機物含量降低，去除物質(zhì)中的異味，是生產(chǎn)加工工藝簡單但十分有效的凈化材料。

粉末活性炭在發(fā)揮其吸附作用時是一個極其復(fù)雜的過程，是由多種作用力共同發(fā)揮產(chǎn)生的效果。分子間的作用力是運動不息的，在分析分子間的作用力可以得知當(dāng)一個分子被吸附到活性炭的孔隙中后，其他的分子由于運動不止會隨之被吸附進(jìn)去，并且分子組成的物質(zhì)結(jié)構(gòu)會持續(xù)不斷的被活性炭吸收。

2、粉末活性炭的技術(shù)要點

在活性炭的選擇上，要選擇最佳的炭種?；钚蕴糠譃槊嘿|(zhì)活性炭、果殼活性炭、木質(zhì)活性炭三類，不同類型的活性炭的特性也不同，要根據(jù)實地的供貨情況及水質(zhì)處理需要選擇合適的類型。通過反復(fù)實踐得出結(jié)論，煤質(zhì)活性炭的經(jīng)濟(jì)性較高，木質(zhì)活性炭的處理效果最好。顆粒體積更小的粉末活性炭在相同總體積下因其外表面積最大，也就是說可吸附面更大，提高了活性炭的利用率也提升了吸附速率。

四、粉末活性炭的凈水原理

粉末活性炭的吸附作用原理較為復(fù)雜，其吸附效果會受到多種作用力的影響，其中，分子之間的相互作用力是影響活性炭吸附能力的關(guān)鍵性因素。物質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的分子之間還會出現(xiàn)相互吸附的關(guān)系，任何一個分子被吸附到活性炭內(nèi)部，都會導(dǎo)致其他分子被持續(xù)性地吸入到活性炭的孔隙之中，從而形成一種活性炭持續(xù)吸附物質(zhì)結(jié)構(gòu)的形態(tài)。由活性炭吸附雙速率擴散理論可知，活性炭的吸附作用包括迅速擴散過程和緩慢擴散過程兩個雙速過程階段。從迅速擴散過程來看，指的是水中的被吸收分子由活性炭顆粒內(nèi)沿向阻力較小的碳?？紫吨羞\動的過程，由于活性炭具有較高的孔隙，因而擴散阻力相對較大，在溶質(zhì)分子向活性炭微孔中擴散時，由于孔隙相對狹小，因而阻力更加明顯，這就會降低擴散的速度。粉末活性炭是一種主要內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強的一類吸附劑，它的微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，具有很強的吸附性能！活性炭是由許多石墨型層狀結(jié)構(gòu)的微晶不規(guī)則集合而成，由于活性炭顆粒結(jié)構(gòu)小，微孔結(jié)構(gòu)很多，因而具有很大的內(nèi)表面積，在對于色度\"味\"化學(xué)有機物等的吸附作用上，不僅吸收速度快，而且吸收容量大，效果好。在加上活性炭顆粒之間的碰撞作用，就更加有利于其吸附作用的發(fā)揮，促進(jìn)了吸附容量的增加。運用粉末活性炭吸附作用處理水，能降低水體中的溶解性有機物含量，同時粉末活性炭也能去除異味物質(zhì)，并且生產(chǎn)方便。

五、活性炭性質(zhì)的影響

1、孔徑大小

吸附劑的孔隙大小不僅影響其吸附速度，而且還直接影響吸附量的大小。若孔徑太大則比表面強烈降低，從而對溶質(zhì)的吸附量也會急劇減少。若活性炭的孔徑太小，則會幾乎完全不吸附某些溶質(zhì)；為了選擇合適孔徑的吸附劑時，溶質(zhì)分子的臨界大小應(yīng)在吸附劑的孔徑范圍內(nèi)。

2、表面化學(xué)官能團(tuán)

影響吸附的最主要的因素是活性炭本身的性質(zhì)，其中最重要的表面官能團(tuán)，它作為活性中心支配了活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)，對吸附起著關(guān)鍵性的作用。活性炭的表面官能團(tuán)主要包括羧基、羥基、酚羥基、氫醌基、酯基、酮基、醛基、醌基等。通過硝酸改性對活性炭吸附的研究表明吸附速率主要受微孔結(jié)構(gòu)限制，而最大吸附量與表面酸性官能團(tuán)和微孔結(jié)構(gòu)都相關(guān)。研究了活性炭對苯酚的吸附能力與活性炭的總酸度不存在規(guī)律性的關(guān)系，但和活性炭表面上的羧基和酚羥基數(shù)量密切相關(guān)，活性炭的羧基和酚羥基數(shù)量減少，對苯酚的吸附量增加，反之亦然，羧基和酚羥基數(shù)量增加，對苯酚的吸附量減少。

發(fā)現(xiàn)采用表面化學(xué)氧化法和負(fù)載金屬的方法使活性炭表面化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，根據(jù)某一種有機硫化物的特性，有針對性地選擇不同的負(fù)載金屬氧化物的種類，會取得良好的吸附效果。其中負(fù)載Fe 3+的活性炭對汽油中難脫除的有機硫化物噻吩類硫化物表現(xiàn)出較好的吸附能力，對苯并噻吩的脫除率達(dá)到了85.1%。采用輔助通入臭氧、金屬鹽浸漬改性等途徑進(jìn)行活性炭吸附凈化低濃度VOCS增強效果的研究，探索了上述措施對活性炭吸附凈化較低濃度有機物的強化作用。研究發(fā)現(xiàn)活性炭聯(lián)合H2 O 2處理青霉素效果優(yōu)于單純使用活性炭。黃紅梅采用浸漬-微波法制備載鐵活性炭。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，載鐵活性炭對大分子天然有機物、難降解有機物雙酚A及草甘膦的飽和吸附量及吸附速率均有不同程度增加，吸附能力增強。

六、粉末活性炭在工業(yè)水處理中的應(yīng)用

1、現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程的不斷加速，大量的工業(yè)廢水的產(chǎn)生和排放，對自然資源的污染破壞日趨加劇，使得人們對水資源的保護(hù)重視起來，對污水的處理更加投入精力研究。在目前，粉末活性炭凈化處理技術(shù)應(yīng)用的最為廣泛，通過大量的技術(shù)實踐總結(jié)，粉末活性炭凈化處理技術(shù)得到了更多的認(rèn)可，成為被普遍接受的水處理方式。然而粉末活性炭以其投資小、價格低廉、處理效果好得到了普遍的認(rèn)可，但在實際應(yīng)用中還沒有得到充分的普及，在將來必然有更廣泛的推廣空間。

2、發(fā)展趨勢

為降低成本，確保經(jīng)濟(jì)利益的合理化，在處理嚴(yán)重的污染水質(zhì)時必須加大粉末活性炭的投加量，勢必造成成本的上升。因此提升活性炭的吸附效率、吸附容量、吸附利用率技術(shù)上進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)，同時實現(xiàn)粉末活性炭的重復(fù)利用也是將來的技術(shù)課題。只有通過不斷的技術(shù)實踐，才能使粉末活性炭在工業(yè)水處理上發(fā)揮更大作用。

3、粉末活性炭技術(shù)在工業(yè)水處理中的應(yīng)用

在以上篇幅中，我們已經(jīng)了解到粉末活性炭技術(shù)的原理及技術(shù)要點，但是其在實際生活中是如何應(yīng)用的，本節(jié)內(nèi)容將對該技術(shù)在工業(yè)水處理中的應(yīng)用方法做詳細(xì)介紹。

在煤質(zhì)、木質(zhì)、果殼三類活性炭材質(zhì)中，要針對工業(yè)水凈化的水質(zhì)成分去合理選擇活性炭類型?？紤]的主要依據(jù)是活性炭凈化的效果和經(jīng)濟(jì)效益基礎(chǔ)，分析工業(yè)排水中的水質(zhì)成分狀態(tài)，針對不同的水質(zhì)污染情況來選擇合適的活性炭類型，才能最大程度的節(jié)省成本發(fā)揮凈化效果。在實際應(yīng)用中應(yīng)考慮以下幾點問題：

3.1投加點的選擇

選擇投加點的原則是盡量能讓活性炭有充足的時間接觸工業(yè)水，盡可能的讓粉末活性炭充分吸附溶質(zhì)分子。除此之外，還要考慮到投加點是否可以攪拌，較好的攪拌條件可以讓溶質(zhì)充分?jǐn)嚢枰岳诜勰┗钚蕴康奈叫始涌?，并使活性炭更充分的與工業(yè)水相接觸更大限度的吸附溶質(zhì)物質(zhì)。同時還要考慮到混凝劑與粉末活性炭投加的距離，避免相互間的競爭吸附。不同的工業(yè)水質(zhì)決定了粉末活性炭的投加點的不同，所以，應(yīng)結(jié)合水質(zhì)來合理選擇投加點。

在投加粉末活性炭和混凝劑時，需要對兩者之間投加的距離進(jìn)行適當(dāng)控制，防止兩者之間出現(xiàn)競爭性吸附。不同的粉末活性炭投加點，其對于不同水質(zhì)所產(chǎn)生的吸附效果也存在較大差異。在確定粉末活性炭的投加點時，需要對該點能否符合充分?jǐn)嚢枰筮M(jìn)行考慮，這樣一方面能夠提高活性炭的吸附效率，另一方面還有助于工業(yè)廢水與活性炭的最大限度接觸，從而提高溶質(zhì)物質(zhì)的吸附效果。

3.2投加量的確定

需處理的工業(yè)水污染程度決定了粉末活性炭的投加量，從日常的實踐中看出，投加量很難做到十分精確，當(dāng)然也不需要達(dá)到相當(dāng)精確的要求。通過實驗得出，投加量要達(dá)到較好的效果一般在達(dá)到30mg/L的含量，當(dāng)然投加量與污染物的去除率成正比，就是說投加量增加，污染物的去除率也增加。然而在確保污染物的去除率的基礎(chǔ)上也要兼顧經(jīng)濟(jì)性，所以可以通過攪拌實驗來確定投加量，從而確保投加量的經(jīng)濟(jì)合理性。

通過無數(shù)實驗，我們可以發(fā)現(xiàn)，在色度的去除功能上粉末活性炭表現(xiàn)較好，色度低說明去除金屬離子和有機物的能力強。粉末活性炭與混凝劑投加的時間差較大，因而相互不會造成較大的影響，粉末活性炭則可以將吸附能力充分發(fā)揮。在去除臭味的功能上粉末活性炭也表現(xiàn)較好，在工業(yè)水處理方式上，也普遍采用粉末活性炭去除陰離子洗滌劑。當(dāng)然粉末活性炭也不可投加過量，水中活性炭的含量過高，對讓微小炭粒穿透濾池，對水濁度帶來影響，因此要嚴(yán)格控制濾速和濾池出水濁度。

工業(yè)廢水粉末活性炭投放量的增加，有助于污染物質(zhì)去除率的提高，只有投放量超過30mg/L時，才能夠達(dá)到最為理想的吸附效果。工業(yè)水處理中粉末活性炭投放量的確定原則為：第一，粉末活性炭投加量需要在考慮經(jīng)濟(jì)效益的同時，保證其上限不能穿透濾池。第二，投加量下限的確定原則為濾后相關(guān)指標(biāo)達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)。在處理工業(yè)水時，若粉末活性炭投放量不足，雖然避免了浪費提高了吸附效率，但卻無法保證徹底有效地吸附工業(yè)水中的污染物質(zhì)。相反，若粉末活性炭投放量過多，則會造成活性炭浪費現(xiàn)象，增加水處理的成本。

3.3選擇合適的凈水工藝

在用活性炭凈水時，必須選擇合適的活性炭投入時間和投入量，以保證達(dá)到最好的凈水效果。①投放活性炭后，要對污水進(jìn)行充分的攪拌，使活性炭和水能夠迅速接觸。②要盡可能將活性炭和水的混合時間控制在合理范圍內(nèi)。既能使水完全凈化，又不會對其他凈水劑干擾。③盡量選用表面積大、體積小的活性炭。這樣可以使同等重量的活性炭發(fā)揮最大的吸附功能；選取空隙豐富的木質(zhì)活性炭，以最大限度提高活性炭的吸附能力④依照活性炭投入量大小和凈水條件，選擇濕式或干式投入方式。

經(jīng)過過程嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕钚蕴績羲幚?，水中的大部分有機物已經(jīng)被去除，膠狀物質(zhì)的含量也大幅度降低。經(jīng)過一定的處理，活性炭還能被循環(huán)利用進(jìn)行污水凈化工作。

七、討論

實踐研究結(jié)果證實，投加粉末活性炭對于色度的作用效果更加理想，色度低說明金屬離子和有機物的去除效果較為理想。粉末活性炭同時有助于酚類物質(zhì)的去除，且去除效果較好。粉末活性炭對于陰離子洗滌劑的去除效果也較為明顯，且這一吸附作用在工業(yè)水處理中也得到了廣泛的應(yīng)用。

原有的工業(yè)水處理技術(shù)通常僅僅是將水中的細(xì)菌、膠體雜質(zhì)和懸浮物去除，而隨著近年來水源水質(zhì)有機物污染嚴(yán)重程度的加深，污染水體中膠體顆粒的表面特性也發(fā)生了一定的改變，進(jìn)而影響混凝效果，降低水體中溶解狀體微量有機物的吸附能力。而粉末活性炭則能夠有效去除水中合成有機物、氯化有機物、色度和味道，這也正是粉末活性炭在工業(yè)水處理中得到廣泛應(yīng)用的主要原因，能夠有效避免傳統(tǒng)水處理技術(shù)存在的種種缺陷。同時，粉末活性炭的投放方式也相對較為簡便，吸附循環(huán)時間較短，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)成本也就更低，所以，需要從工業(yè)水的實際污染程度和類型出發(fā)，對粉末活性炭的類型進(jìn)行選擇。

結(jié)束語

粉末活性炭凈水技術(shù)作為人們在工業(yè)水處理中的一項重要的應(yīng)用，使人們孜孜不倦的致力于該技術(shù)的應(yīng)用中，本文通過介紹該技術(shù)的基本理論，最終討論出最合理的應(yīng)用方法，從而為人們在該技術(shù)的探索道路上指明方向。若想要提升工業(yè)水處理的技術(shù)以及水的質(zhì)量，必須對粉末活性炭凈水工藝的主要技術(shù)和關(guān)鍵問題著重分析。在對處理前后的工業(yè)水進(jìn)行檢測分析之后，得出水質(zhì)數(shù)據(jù)，來證明水中的有害成分消除情況。希望我國能夠通過粉末活性炭在凈水技術(shù)上的不斷提升，在工業(yè)水處理的應(yīng)用上得到更大的推廣。

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