在水處理中粉末活性炭的應用

活性炭是一種非極性吸附劑。外觀為暗黑色，有粒狀和粉狀兩種。近幾年又發(fā)展了球狀活性炭，浸透型活性炭和高分子涂層活性炭等新的品種?；钚蕴恐饕煞殖恳酝膺€含少量的氧、氫、硫等元素，以及水分、灰分。其具有巨大的比表面積(通常比表面積高達500～1700 m2/g)和特別發(fā)達的微孔，吸附性能和化學穩(wěn)定性良好，可以耐強酸、強堿，能經受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。

投加粉末活性炭后，水體相當部分有機物得到去除，水體中膠狀物質含量減少，表面粘度下降。粉末活性碳吸附在絮凝物上，有利于絮體的架橋，能改善絮體的結構。除有良好的去除有機污染能力，同時還具有良好的助凝作用，使出水CODcr、色度、濁度大幅度下降。同時活性炭對水中的致癌物與致突變物及其含酚化合物均有良好的去除效果。
    粉末活性炭對人工合成化學物的吸附去除主要取決于該化合物的類型。在選擇投加點時，要有充足的攪拌條件，使粉末活性炭能快速與處理水有良好的混合接觸；盡量延長粉末活性炭與水體接觸吸附時間，充分利用粉末活性炭的吸附能力，提高吸附率；選取粒徑小和中孔較發(fā)達的木質粉末活性炭，使同等重量的活性炭吸附面積相對大，提高活性炭對有機物的吸附效能；盡量減少水處理藥劑對吸附的干擾(如氯、高錳酸鉀、混凝劑等)；根據投加量的多少、場地條件選取干式或濕式投加。

粉末活性炭的凈水效能研究
　　粉末活性炭吸附水中溶質分子是一個復雜的過程，是幾種力綜合作用的結果，包括離子吸引力、范德華力、化學雜和力。根據吸附的雙速率擴散理論認為，吸附是一個由迅速擴散和緩慢擴散兩階段構成的雙速過程，迅速擴散在數小時內即完成，發(fā)揮了６０％－８０％活性炭的吸附容量。迅速擴散是溶質分子在碳粒內沿徑向均勻分布的阻力小的大孔隙中擴散的過程。這些大孔隙產生徑向的擴散阻力。當分子從大孔進一步進入與大孔相通的微孔中擴散時，由于受到狹窄孔徑所產生的很大阻力，從而極為緩慢。微孔也是在碳粒內均勻分布，但不構成徑向的擴散阻力。影響粉末活性炭吸附的因素涉及溶質分子極性、分子量大小、空間結構，這一點取決于水源水質的特征?；钚蕴繉Σ煌奈镔|分子具有選擇吸附性。
　　粉末活性炭的吸附性能評價研究
　　另一方面，對于吸附劑粉末活性炭，其內表面化學結構、比表面積可以影響吸附能力。在實際生產應用中還有吸附速率的問題，活性炭顆粒的孔隙大小、粒徑分布決定了溶質分子向碳粒內部擴散的速度。所以活性炭的吸附能力和吸附速率兩方面決定了活性炭的質量。因此如何評價選擇活性炭的種類和質量，如何根據水源水質選擇合適的碳種和投加量，成為生產中亟待研究解決的重要課題。
　　國內一般主要采用碘值、亞甲藍值來評價活性炭的吸附性能。但是生產實踐和經驗都證明僅采用這兩個指標不能全面評價活性炭，與實際的吸附效果有所差距。因此采用這些指標判斷活性炭的效能只有部分理論意義，不能全面、準確地反應實際吸附狀況。

目前評價水處理粉末活性炭的指標存在的問題
　　經過研究發(fā)現：碘值、亞甲藍值只能夠表明活性炭顆粒中細小孔徑的比表面積大小，但是在實際生產中有吸附速率的問題，即凈水工藝中吸附時間是有限的，水處理中應用的粉末活性炭遠未達到完全吸附平衡。活性炭顆粒內部中等孔隙是有機物分子的進入通道，一般認為活性炭的中等孔隙越發(fā)達越有利于吸附動力學平衡，所以中孔是否發(fā)達決定了吸附速率。為了結合實際應用，我們不僅考慮粉末活性炭的總吸附比表面積（也就是碘值、亞甲藍值等指標），還要判斷粉末活性炭顆粒內部的孔徑分布是否容易達到快速吸附，即明確轉化為如何評價活性炭的孔徑分布是否合理。
　　進一步研究發(fā)現，采用一些具有特定立體空間結構的有色大分子可以表征活性炭的孔徑分布。同時這些物質可以采用一定的分析方法**定量。采用這一系列的分子量階梯排列的吸附質來評價粉末活性炭的綜合性能，與水廠生產情況和實際水樣吸附效果相一致。

通過研究分析尋找水體特定的污染表征物，制定相應的評價方法。
　　隨著試驗深入，采用某水源廣泛存在的一種典型有機污染化學工業(yè)產品標樣來作為吸附質進行試驗。這種酚類物質分子量適中，中等極性，分子空間結構較大，所以可以很好地代表水中的較復雜有機分子。
　　采用綜合評價方法來衡量活性炭的性能：采用碘值、亞甲藍吸附值評價粉末活性炭的微孔比表面積；采用一些具有特定結構的大分子表征活性炭的中孔發(fā)達情況；采用一種酚類標樣作為復雜有機物質的代表來確定活性炭的吸附能力，通過三方面綜合評判可以更加準確和客觀。
　　吸附特定大分子有機物，對于木質碳而言，２５０目的吸附效果比200目提高１０．１％，３２５目的比２００目提高２５．３％；對于煤質而言，２５０目的吸附效果比２００目提高６６．２％，３２５目的比２００目提高１０１．５％。對于木質和煤質活性炭吸附特定大分子有機物效果比較，木質遠遠優(yōu)于煤質。
　　 吸附特定天然有機物，對于木質碳而言，250目的吸附效果比２００目提高４９．２％，３２５目的比２００目提高６１．９％；對于煤質而言，２５０目的吸附效果比２００目提高４８．０％，３２５目的比２００目提高５６．０％。以這兩種木質和煤質活性炭吸附特定天然有機物比較，木質遠遠優(yōu)于煤質，吸附數量超過１-２倍。
　　試驗結果表明：木材、果核為原料生產的活性炭與無煙煤為原料生產的活性炭相比，中孔數量較多，從吸附性能角度看，一般木質、果核類活性炭較適合于某重污染水源，去除以酚類為主的致臭污染物水處理應用。煤質碳由于比重較大，相對用于助凝去除有機物和價格上有優(yōu)勢，尤其是對于不是以酚類為主的污染源的吸附流程較短的水廠。通過研究認為粉末活性炭的吸附能力與粒徑相關，粒徑越小，比表面積越大，吸附越強；但粒徑過小，易于穿透濾層，引起用戶不滿。根據生產應用經驗認為，如在吸水口投加的水廠，為了充分利用粉末活性炭的吸附能力，宜采用目數大于２５０目的粉末活性炭；但同時必須嚴格控制沉淀池出水濁度為１ＮＴＵ左右，嚴格控制好濾池濾速。投加量較大的和在混凝沉淀后投加的水廠，宜采用小于２００目的粉末活性炭，以確保自來水水質。

隨著凈水深度處理工藝的推廣和活性炭生物濾池的應用，雖然顆粒活性炭表現出良好的工藝性，但粉末活性炭吸附循環(huán)時間較短，投加方式較為簡捷，費用較低，可根據水體污染情況隨時更換碳種，仍是其突出的優(yōu)點。對于固有工藝的水廠改善出水水質，對于突發(fā)污染事故的迅速處理，是顆粒活性炭無法取代的功能。所以，隨著國內水體環(huán)境的不斷惡化，水質要求的不斷提升，在水處理行業(yè)應用粉末活性炭的范圍將會不斷擴大。逐漸從迫不得已的應急事故處理應用，轉向為提高和改善水質的應用。粉末活性炭在水處理的應用會越來越廣，將為防治污染，改善飲用水水質，做出重要的貢獻。

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