粉末活性炭在新标准下自来水处理的作用

粉末活性炭在新标准下自来水处理的作用。

　　粉末活性炭是目前给水处理中祛除农药残留、有机物污染、深度处理和微污染水处理的有效手段。
　　
       粉末活性炭(PAC)与其他工艺的组合使用
       高锰酸钾-PAC组合工艺

　　高锰酸钾与PAC联合使用能有效去除常规处理很难去除的物质,且降低了粉末活性炭的投加量,节约了制水成本。针对太湖B支流水体发臭现象严重、采用常规工艺处理很难去除嗅味物质的情况,李伟光等人[27]通过试验考察了单独投加高锰酸钾、单独投加粉末活性炭以及高锰酸钾与粉末活性炭联用三种方法对嗅味的去除效果。静态及生产性试验结果表明:高锰酸钾与粉末活性炭联用工艺的除嗅效果好,并且可节省粉末活性炭投量约20%。此外,高锰酸钾与粉末活性炭联用对藻类也有较好的去除效果。

　　微滤(MF)-PAC组合工艺

　　Han-SeungKim等人[22~24]研究了微滤(MF)和PAC联合工艺在饮用水深度处理方面的应用。在MF系统中使用高剂量的PAC能使微滤膜在出水水质和过滤时间等方面的达到更好的效果。PAC能去除MF膜不能去除的小分子物质。而在相同的PAC投加量之下,滤速(或通量)不会影响处理效率。另一方面,活性炭能提高过滤效率是通过降低滤速来缓解逐渐增加的膜渗透压,以达到延长运行周期的目。对于去除表面活性剂,这种联合技术比PAC单独使用更有效果,主要原因可能是粉末活性炭在MF膜表面上和孔隙内部形成了次生膜。

　　离子交换树脂(IERs)-PAC组合工艺

　　HuguesHumbert等人[21]研究了阴离子交换树脂(AERs) -粉末活性炭(PAC)联合技术对去除天然有机物(NOM)和杀虫剂(锈去津和异丙隆)的效果。结果表明, PAC对AERs去除DOC只有很小的辅助效果;而对去除锈去津和异丙隆等杀虫剂,该联合工艺效果显著,其原因是AERs去除了阻塞PAC孔隙的高分子量物质。

　　
　　超滤(UF)-PAC组合工艺

　　溶解性的有机物是造成膜污染的主要因素,因此,超滤膜常与混凝、PAC组合,形成深度处理膜工艺[25]。UF-PAC联合技术比超滤单独使用能更有效地去除原水中的有机物和消毒副产物,该系统中PAC的作用是吸附UF不能去除的低分子量有机化合物,且运行时PAC能有效防止膜污染、提高膜通量,促进反冲洗时膜的有效恢复[25, 26]。

　　PAC的基本性质

　　PAC制造分成炭化和活化两步。炭化是在温度小于600℃的条件下,隔绝空气加热原材料,通过炭化去除大部分挥发成分,是原材料裂解成碎片,再组成稳定的新结构。通过活化,烧掉炭化时吸附的炭氢化合物及孔隙边缘炭原子,使活性炭孔隙结构发达,成为一种有多孔结构的炭。PAC是由无定形炭和不同数量灰分共同构成的一种吸附剂,其微孔结构发达,内外比表面大,吸附性能优良,可有效去除嗅、味、色度、氯化有机物、农药、天然有机物及人工合成有机物,且生产方便。

　　根据X射线分析,粉状活性炭的结构由许多石墨型层状结构的微晶不规则集合而成。微晶的各层是以六个炭所组成的圆环为母体,但是有些部位上可以看到,炭原子之间的共价键已经断裂,特别是在层的边缘部位还有许多非结晶结构,这样的非结晶部位容易进行化学反应。微晶按三维空间连接时,在微晶之间所形成的空隙,是活性炭具有微孔结构的基础。这样,活性炭的多孔性使活性炭具有极大的内表面积,而非结晶部位更加强了他对外界物质的吸附作用。

　　PAC在饮用水处理应用中的重要影响因素

　　水厂在使用PAC时应注意佳炭种选择、投加点选取以及投加量确定这三个重要问题。

　　炭种选择

　　粉末活性炭因其孔隙形状大小分布、表面官能团分布以及灰分组成和含量等性质的不同,表现出不同的吸附特性。这种化学性和孔隙组成的不同,会影响有机物在活性炭孔隙中的迁移和扩散速度,并使活性炭对有机物的吸附具有一定的选择性[1]。在水处理中,对于不同的水质,所采用的活性炭炭种会不同,所以应在实验的基础上,选择合适该水源水质的高效经济的炭种。采用静态吸附试验,可以初步判断活性炭的吸附能力和吸附速度,初选佳炭种[2]。

　　投加点选取

　　粉末活性炭投加点选择主要解决可由混凝去除与粉末活性炭吸附去除有机污染物的竞争问题,和絮凝体对粉末活性炭颗粒的包裹问题[3],目的是在充分发挥混凝去除有机污染物能力的同时,再利用粉末活性炭去除剩余有机污染物,而又要避免絮凝体对粉末活性炭颗粒的包裹,使总去除率高,粉末活性炭用量省。不同投加点具有的水利条件不一样,导致粉末活性炭的吸附效果差别很大。对于不同的原水水质,粉末活性炭的佳投加点也有所不同,因此投加点应视情况具体分析。

　　投加量确定

　　对于PAC的投加量,当投加较少时,其吸附容量可以充分利用, PAC基本上没有浪费,但同时目标物质出水浓度则较高,难以达标。相反,若PAC投加过多,虽然目标物质出水浓度很小,能满足饮用水要求,但PAC没有被充分利用,制水成本会很高。因此,应根据水厂的实际水质情况,确定合理、经济的投加量[4]。

　　其他影响因素

　　除了上面这三个重要的影响因素,其他因素的影响作用也不容忽视。而环境因素如pH值、温度、并存有机物等均不同程度的影响PAC的吸附效果。采用投加粉末活性炭(PAC)进行强化黄浦江下游原水常规工艺处理效果的试验,结果表明:调节pH值为6·0~6·5时其处理效果达到好。虽然混凝预处理可以去除大分子有机物,避免某些胶体颗粒的在粉末活性炭上的竞争吸附,但水中仍然存在一些背景有机物可能会参与竞争吸附。这种竞争吸附毫无疑问会降低粉末活性炭对目标有机物的去除。

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