粉末活性炭在新標(biāo)準(zhǔn)下自來水處理的作用。

　　粉末活性炭是目前給水處理中祛除農(nóng)藥殘留、有機(jī)物污染、深度處理和微污染水處理的有效手段。
　　
       粉末活性炭(PAC)與其他工藝的組合使用
       高錳酸鉀-PAC組合工藝

　　高錳酸鉀與PAC聯(lián)合使用能有效去除常規(guī)處理很難去除的物質(zhì),且降低了粉末活性炭的投加量,節(jié)約了制水成本。針對太湖B支流水體發(fā)臭現(xiàn)象嚴(yán)重、采用常規(guī)工藝處理很難去除嗅味物質(zhì)的情況,李偉光等人[27]通過試驗(yàn)考察了單獨(dú)投加高錳酸鉀、單獨(dú)投加粉末活性炭以及高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用三種方法對嗅味的去除效果。靜態(tài)及生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果表明:高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用工藝的除嗅效果好,并且可節(jié)省粉末活性炭投量約20%。此外,高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用對藻類也有較好的去除效果。

　　微濾(MF)-PAC組合工藝

　　Han-SeungKim等人[22~24]研究了微濾(MF)和PAC聯(lián)合工藝在飲用水深度處理方面的應(yīng)用。在MF系統(tǒng)中使用高劑量的PAC能使微濾膜在出水水質(zhì)和過濾時(shí)間等方面的達(dá)到更好的效果。PAC能去除MF膜不能去除的小分子物質(zhì)。而在相同的PAC投加量之下,濾速(或通量)不會(huì)影響處理效率。另一方面,活性炭能提高過濾效率是通過降低濾速來緩解逐漸增加的膜滲透壓,以達(dá)到延長運(yùn)行周期的目。對于去除表面活性劑,這種聯(lián)合技術(shù)比PAC單獨(dú)使用更有效果,主要原因可能是粉末活性炭在MF膜表面上和孔隙內(nèi)部形成了次生膜。

　　離子交換樹脂(IERs)-PAC組合工藝

　　HuguesHumbert等人[21]研究了陰離子交換樹脂(AERs) -粉末活性炭(PAC)聯(lián)合技術(shù)對去除天然有機(jī)物(NOM)和殺蟲劑(銹去津和異丙隆)的效果。結(jié)果表明, PAC對AERs去除DOC只有很小的輔助效果;而對去除銹去津和異丙隆等殺蟲劑,該聯(lián)合工藝效果顯著,其原因是AERs去除了阻塞PAC孔隙的高分子量物質(zhì)。

　　
　　超濾(UF)-PAC組合工藝

　　溶解性的有機(jī)物是造成膜污染的主要因素,因此,超濾膜常與混凝、PAC組合,形成深度處理膜工藝[25]。UF-PAC聯(lián)合技術(shù)比超濾單獨(dú)使用能更有效地去除原水中的有機(jī)物和消毒副產(chǎn)物,該系統(tǒng)中PAC的作用是吸附UF不能去除的低分子量有機(jī)化合物,且運(yùn)行時(shí)PAC能有效防止膜污染、提高膜通量,促進(jìn)反沖洗時(shí)膜的有效恢復(fù)[25, 26]。

　　PAC的基本性質(zhì)

　　PAC制造分成炭化和活化兩步。炭化是在溫度小于600℃的條件下,隔絕空氣加熱原材料,通過炭化去除大部分揮發(fā)成分,是原材料裂解成碎片,再組成穩(wěn)定的新結(jié)構(gòu)。通過活化,燒掉炭化時(shí)吸附的炭氫化合物及孔隙邊緣炭原子,使活性炭孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),成為一種有多孔結(jié)構(gòu)的炭。PAC是由無定形炭和不同數(shù)量灰分共同構(gòu)成的一種吸附劑,其微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),內(nèi)外比表面大,吸附性能優(yōu)良,可有效去除嗅、味、色度、氯化有機(jī)物、農(nóng)藥、天然有機(jī)物及人工合成有機(jī)物,且生產(chǎn)方便。

　　根據(jù)X射線分析,粉狀活性炭的結(jié)構(gòu)由許多石墨型層狀結(jié)構(gòu)的微晶不規(guī)則集合而成。微晶的各層是以六個(gè)炭所組成的圓環(huán)為母體,但是有些部位上可以看到,炭原子之間的共價(jià)鍵已經(jīng)斷裂,特別是在層的邊緣部位還有許多非結(jié)晶結(jié)構(gòu),這樣的非結(jié)晶部位容易進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。微晶按三維空間連接時(shí),在微晶之間所形成的空隙,是活性炭具有微孔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。這樣,活性炭的多孔性使活性炭具有極大的內(nèi)表面積,而非結(jié)晶部位更加強(qiáng)了他對外界物質(zhì)的吸附作用。

　　PAC在飲用水處理應(yīng)用中的重要影響因素

　　水廠在使用PAC時(shí)應(yīng)注意佳炭種選擇、投加點(diǎn)選取以及投加量確定這三個(gè)重要問題。

　　炭種選擇

　　粉末活性炭因其孔隙形狀大小分布、表面官能團(tuán)分布以及灰分組成和含量等性質(zhì)的不同,表現(xiàn)出不同的吸附特性。這種化學(xué)性和孔隙組成的不同,會(huì)影響有機(jī)物在活性炭孔隙中的遷移和擴(kuò)散速度,并使活性炭對有機(jī)物的吸附具有一定的選擇性[1]。在水處理中,對于不同的水質(zhì),所采用的活性炭炭種會(huì)不同,所以應(yīng)在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇合適該水源水質(zhì)的高效經(jīng)濟(jì)的炭種。采用靜態(tài)吸附試驗(yàn),可以初步判斷活性炭的吸附能力和吸附速度,初選佳炭種[2]。

　　投加點(diǎn)選取

　　粉末活性炭投加點(diǎn)選擇主要解決可由混凝去除與粉末活性炭吸附去除有機(jī)污染物的競爭問題,和絮凝體對粉末活性炭顆粒的包裹問題[3],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有機(jī)污染物,而又要避免絮凝體對粉末活性炭顆粒的包裹,使總?cè)コ�率�?粉末活性炭用量省。不同投加點(diǎn)具有的水利條件不一樣,導(dǎo)致粉末活性炭的吸附效果差別很大。對于不同的原水水質(zhì),粉末活性炭的佳投加點(diǎn)也有所不同,因此投加點(diǎn)應(yīng)視情況具體分析。

　　投加量確定

　　對于PAC的投加量,當(dāng)投加較少時(shí),其吸附容量可以充分利用, PAC基本上沒有浪費(fèi),但同時(shí)目標(biāo)物質(zhì)出水濃度則較高,難以達(dá)標(biāo)。相反,若PAC投加過多,雖然目標(biāo)物質(zhì)出水濃度很小,能滿足飲用水要求,但PAC沒有被充分利用,制水成本會(huì)很高。因此,應(yīng)根據(jù)水廠的實(shí)際水質(zhì)情況,確定合理、經(jīng)濟(jì)的投加量[4]。

　　其他影響因素

　　除了上面這三個(gè)重要的影響因素,其他因素的影響作用也不容忽視。而環(huán)境因素如pH值、溫度、并存有機(jī)物等均不同程度的影響PAC的吸附效果。采用投加粉末活性炭(PAC)進(jìn)行強(qiáng)化黃浦江下游原水常規(guī)工藝處理效果的試驗(yàn),結(jié)果表明:調(diào)節(jié)pH值為6·0~6·5時(shí)其處理效果達(dá)到好。雖然混凝預(yù)處理可以去除大分子有機(jī)物,避免某些膠體顆粒的在粉末活性炭上的競爭吸附,但水中仍然存在一些背景有機(jī)物可能會(huì)參與競爭吸附。這種競爭吸附毫無疑問會(huì)降低粉末活性炭對目標(biāo)有機(jī)物的去除。

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