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活性炭吸附 |
来源:admin | 发布时间:2018-07-27 | 浏览次数:
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活性炭吸附
活性炭吸附是有效的去除水的臭味,天然和合成溶解有机物,微污染物质等的措施。大部分比较大的有机物分子,芳香族化合物,卤代烃等能牢固地吸附在活性炭表面上或孔隙中,并对腐殖质,合成有机物和低分子量有机物有明显的去除效果。实践证明,活性炭可降低总有机碳TOC ,总有机卤化物TOX和总三卤甲烷TTHM等指标。
1 活性炭物质
活性炭是用烟煤,褐煤,果壳或木屑等多种原料经炭化和活化过程制成的黑色多孔颗粒,其主要特征是比表面积大和带孔隙的构造。每1g的表面积可达1000平方米,其中绝大部分是颗粒内部的微小孔隙表面,因吸附作用是水中溶解杂质在炭粒表面上的浓缩过程,所以炭的比表面积大小是影响吸附性能的重要因素,由于活性炭的巨大比表面积,因而显示良好的吸附性能。
活性炭分粉末炭和颗粒炭两种,尽管两者的颗粒大小不同,但因吸附性能决定于炭的孔隙大小和孔隙的表面积,所以吸附性能本质上没有差别。
粉末炭的粒径为10-15um,应用在去除水的臭味已有数十年的历史。一般和混凝剂一起连续的投加于原水中,经混合,吸附水中有机和无机杂质后,粘附在絮体上的炭粒大部分在沉淀池中成为污泥后排除,常应用于季节性水质恶化时的间歇处理及粉末炭投加量不高时。颗粒活性炭可以铺在快滤池的砂层上或在快滤池之后单独建造活性炭池,以去除水中有机物,当炭的吸附能力饱和后,可以再生后重复使用。
2静态吸附性能试验
选用活性炭是活性炭系统设计时首先须解决的问题,一般从去除污染物的能力,碳层水头损失,炭的输送和再生等方面来考虑颗粒大小,密度和硬度。商品活性炭的品种颇多,并且影响活性炭吸附性能的因素也很复杂,因此须通过吸附等温线试验来确定。
静态吸附试验只能提供初步的可行性数据,它不能够模拟动态活性炭柱系统。因在生产性活性炭池中,原水中含有多种溶解杂质,在吸附过程中它们之间相互干扰,相互竞争,表现在许多方面。如:溶质的溶解度增加则吸附性能下降,取代基可影响吸附性质,如羟基,氨基,磺酸可减小吸附性,而硝基,芳环等可明显增加吸附性,弱电离溶质比强电离溶质的吸附性好,相同化学性质的大分子比小分子易于吸附,极性小的分子比极性高的也易吸附等,而这种竞争吸附并不能在静态吸附性能试验中反应出来。此外,不同的活性炭具有不同的吸附速率,但在静态试验中可能会得到相同的平衡吸附容量,为此须进行活性炭柱动态试验。
3活性炭柱试验
活性炭柱试验可以研究诸如流量,炭粒尺寸,吸附区高度,竞争吸附,水温等因素对吸附的影响并做出评价。
活性炭池设计时,水和炭的接触时间以及泄露时间是两个重要的参数。接触时间的含义是活性炭床容积除以流量,或是炭床厚度除以流速所得的时间。泄露时间是指流量一定时,从活性炭池开始进水到出水开始不符合水质要求时所经历的时间。当设计流量确定后,由接触时间可以计算活性炭床厚度或用量和确定活性炭池的容积,而由泄露时间可以知道炭床的利用率和再生系统的规模。
接触时间和泄露时间有内在的联系,因为当流速一定时增减炭床厚度或炭床厚度一定时改变流速,都可以改变接触时间,而接触时间的变化可影响活性炭池的泄露时间和吸附容量。接触时间短虽然可以减少所需的活性炭床容积,但是泄露时间提早以致再生周期较短,相反,则所需碳床容积增大,但可延缓泄露时间使再生周期延长,再生次数减少。这样就牵涉到碳床容积和再生频率的选择问题。
活性炭柱试验的装置和过滤试验基本相似,炭柱的内径应在5cm以上,以减少管壁对水流的影响。活性炭装入炭柱之前,应在室温下浸泡24h以除去气体。试验目的是求出吸附泄露曲线,以得设计所需的数据。从试验开始,除了定时测定过滤的水量外,还须按一定的时间间隔取水样分析,每次取水样量不多于10%的碳床容积。试验进行到碳床完全饱和,即出水中的溶质浓度等于进水溶质浓度时为止。
4活性炭池设计
活性炭池的大小决定于流量,水力负荷和接触时间,由此可得出活性炭池的容积,断面,高度,和炭池数.
活性炭池的最简单设计方法是应用空床接触时间或简称为接触时间,如设计流量已定,则活性炭床容积等于接触时间乘以流量,炭的容积
除以炭的堆积密度即为所需活性炭的重量.
在缺乏试验资料时,活性炭池的设计参数可参照:滤速8-20m/h.炭床厚度1.5-2.0m,接触时间10-20min,水反冲洗强度8-9L/(s.m2)冲洗时间4-10min.
颗粒活性炭装置有两种类型,即固定床和移动床.固定床中,炭粒固定不动,水流一般从上而下,但也可从下而上,是目前应用最广的装置.移动床中,水流从下而上,炭粒和水的流动方向相反,废炭从底部排出,新炭或再生炭从顶部补充,成为逆流系统.
流量大时,固定床可以采用各种形式的快滤池构造,例如在快滤池的砂层上铺活性炭层,也可以在快滤池后而设置单独的活性炭池.流量
较小时可以采用活性炭柱,可有单柱,多柱并联,多柱串联以及多柱并联和串联等布置形式.
单一活性炭滤柱适用于间歇运行,由试验得出的泄露曲线坡度较大,柱内活性炭可以使用很长时间无需经常换炭和再生的情况.多柱系统适用于处理的流量较大,采用单柱的尺寸或高度过大以致于收到场地限制或需连续运行时.并联系统一般用3-4个活性炭柱.进水分别进入各柱,处理水汇集到公共总管中,这时所用水泵扬程较低,所需动力较省.串联系统是由几个活性炭柱串联而成,前一柱的出水即为后一柱的进水,适用于泄漏曲线坡度较小处理单位水量的用炭量较大,以及要求较好的出水水质时.串联系统中,第1柱的活性炭耗竭后,即停止运行准备再生,第2柱换成第1柱,同时最后一只新鲜的备用炭柱投入使用,如此顺序依次运行,以确保水质.
吸附饱和的活性炭从炭池中取出,经过再生后回用.再生目的是恢复活性炭的吸附活性.由于水处理过程中,主要吸附的是水中低浓度的有机物,因此以热再生法应用最多.再生时活性炭有损耗,原因是部分活性炭在再生的过程中被氧化,也有一部分是运输中的损耗.在现场就地再生时,损耗约5%,集中再生时损耗约为10-15%.再生后的活性炭可测定其碘值,糖蜜值等,并与新鲜炭比较,以了解吸附活性炭恢复情况.
再生过程可分为4个阶段:加热干燥,解吸以去除挥发性物质,大量有机物的热解,以及蒸汽和热解的气体产物从炭粒的孔隙中排出.颗粒活性炭常用的热再生装置是多层耙式再生炉,近年来也有应用直接通电加热的再生方法.
5生物活性炭工艺
欧洲应用臭氧和活性炭去除饮用水中有机物时,发现活性炭滤料上有大量微生物,出水水质很好并且活性炭再生周期明显延长,于是发展成为一种有效的给水深度处理方法,称为生物活性炭法.它是指由臭氧和活性炭吸附结合在一起的水处理方法.以北京市田村山水厂为例,因原水中季节性的含有酚,农药有机磷,氨氮等污染物,如单独用臭氧处理,投加量在4mg/以上,电耗高,不经济,如只用活性炭则周期仅2-4月,成本太高,因此采用臭氧和活性炭联合使用工艺,流程如下:
混凝剂 O3
原水----------------澄清--------过滤----------活性炭吸附--------消毒-----出水
生物活性炭的特点是:完成生物硝化作用,将NH4+-N转化为NO3-;将溶解有机物进行生物氧化,可去除mg/L级浓度的溶解有机碳(DOC)和三卤甲烷前体物(THMFP)以及ng/L到ug/L级的有机物,此外,增加了水中的溶解氧,有利于好氧微生物的活动,促使活性炭部分再生,从而延长了再生周期.臭氧如投加在滤池之前还可以防止藻类和浮游植物在滤池中生长繁殖.在目前水源受到污染,水中氨氮,酚,农药以及其他有毒有害有机物经常超过标准,而水厂常规水处理工艺又不能将其去除的情况下,生物活性炭法将是饮用水深度处理的有效方法之一.
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