活性炭在环境保护方面的应用
第31卷第2期东 北 林 业 大 学 学 报
Vol.31No.2活性炭在环境保护方面的应用
戴芳天
(东北林业大学,哈尔滨,150040)
摘 要 综述了活性炭在环境保护领域的应用现状。在水处理方面主要为:上水处理、工业用水处理、生活污水处理、工业废水处理;在气体污染防治方面主要为:室内空气污染、烟气脱硫、汽车尾气处理。并指出水处理方面将成为未来活性炭应用的最主要领域。
关键词 活性炭;环境保护;应用分类号 TQ424.1
TheApplicationofActivatedCarboninEnvironmentalField/DaiFangtian(NortheastForestryUniversity,Harbin150040,P.R.China)//JournalofNortheastForestryUniversity.-2003,31(2).-48～49
Theapplicationofactivatedcarboninenvironmentalfieldwasreviewed.Thefieldofwatertreatmentincludesmu2nicipalsupplyingwater,industrialsupplyingwater,municipalwastewater,industrialwastewater.Thefieldofairpollu2tioncontrolincludesindoorairpurification,fumesdesulfurizationandcontrolofautomobiletailgas.Andextrapolatedthatthemainapplicationfieldforactivatedcarboninthefutureiswatertreatment.
Keywords Activatedcarbon;Environmentalprotection;Application 活性炭作为一种重要的碳素材料,由微晶炭和无定形炭
构成,含有数量不等的灰分,是一种黑色多孔固体,孔隙结构发达,具有巨大的比表面积和超强的吸附能力,比表面积一般可高达1000～3000m2/g,对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有很强的吸附能力。作为一种性质优良的吸附剂,活性炭具有独特的孔隙结构和表面活性官能团,化学性质稳定,机械强度高,耐酸、耐碱、耐热,不溶于水和有机溶剂,使用失效后可以再生,广泛地应用于环保、化工、食品加工、湿法冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域,已经成为国民经济和国防建设以及人们日常生活必不可少的重要产品[1]。随着世界范围内工业技术的快速发展,近年来环境污染日益严重。而活性炭在治理环境污染方面则越来越显示出诱人的前景[2～4]。在环境保护领域,活性炭已经成为一种极其重要的吸附剂,被广泛用于污水处理、大气污染防治等各个方面。
的损失。随着科技的进步,人们对饮用水的质量要求越来越严格。原来指标意义上的城市自来水已经不适合人类饮用,越来越多的国家和地区已对自来水的经营企业做出更加严格的规定,例如美国就严格规定,城镇自来水厂如不采用活性炭处理就不准卖水。我国绝大多数城市饮用水达不到世界卫生组织规定的标准,其主要原因就是我国的自来水供给行业受成本限制,在水处理过程中只采用了少量活性炭或根本不用活性炭。1.2 工业用水的处理
工业用水因使用目的不同而有不同的标准。高纯度水主要应用于电子工业、化学工业、医药工业。无论采用何种方法获得高纯度水,活性炭处理必然是不可缺少的一个环节[6]。活性炭处理主要是除去有机物、胶质、农药残留物、游离氯、致“热原”和少量的二氧化碳和氧等气体(去除气体对高压或临界状态运行的发电锅炉尤为重要)。1.3 城市居民生活污水的处理
随着人类文明的进步和经济的发展,城市化进程必然加速,这就使城市居民生活污水污染水源的问题变得尤为严重。为了治理城市居民生活污水,一般采用“二级”或“三级”处理,活性炭通常用于三级处理中的第三级处理,经过三级处理的水质可达到总有机碳含量
工业废水的处理是环境保护的重大课题之一。由于工业企业的门类很多,不同工厂企业生产的产品不同,工业废水的水量和所含污染物也千差万别,但绝大多数都有毒害作用。工业废水处理通常也分为“二级”和“三级”处理。工业废水处理净化后,不仅能防止对江河湖海的污染,同时可以回收部分有用物质,可以部分或全部将生产用水回用,对能源和资源都是莫大的节约。特别是对严重缺水的国家和地区尤为值得重视。活性炭吸附法作为工业废水深度处理的一种重要方法或环节,绝大多数用在第三级,但也有少量用于只有二级处理的第二级。
1 水处理
水处理是环境保护的重点。发达国家水处理方面的活性炭用量占其总用量的40%左右。我国虽然有11万t的产量,但出口7万t,真正用于国内环境保护的活性炭用量最多只有生产量的1/10左右[5]。活性炭在水处理方面的最早应用是美国于1932年底开始的,用于芝加哥的自来水处理,并很快在各地自来水厂普及。然后又推广到工业用水、城市下水和工业废水处理等方面。1.1 上水处理
水质标准最严格的是饮用水和上水源水。它对水中的微量有毒成分、pH、大肠杆菌、生物耗氧量、臭味等都有相应的严格要求。自来水用活性炭处理,可以除去有机杂质、各种臭味,这比用氯和漂白粉处理好,它不会造成含氯碳氢化合物(如氯甲烷)的形成。此外,活性炭处理自来水不会导致Ca、Mg
第一作者简介:戴芳天,女,1966年7月生,东北林业大学科学技术处,编辑。
收稿日期:2002年9月18日。责任编辑:李金荣。
第2期 戴芳天:活性炭在环境保护方面的应用 49
2 气体污染防治
2.1 室内空气污染的防治
人们的日常生活,如居室、厨房、厕所以及公共场所等,由于人们的生活活动,都会给自己的生活小环境的空气带来一定程度的污染。其污染物主要是少量的H2S、SO2、CO、CO2、氮氧化物、NH3、居室装潢的挥发性溶剂、油烟及汗酸臭味等等。采用活性炭吸附过滤法最为合适,通常是用活性炭过滤和空调、换气设备联用的方法。建议研制吸附性能好、流体阻力小的活性炭制品,嵌装在空调或换气设备(吸排油烟)的气体入口位置,可能会收到理想效果,如能加上定期更换的服务定会大受欢迎。2.2 烟气脱硫
煤和石油的使用都造成硫的排放,由其引起的全球的硫污染已经成为大气污染防治的一个重要内容。我国70%的能源来自燃煤,硫已经成为我国大气污染的主要污染源。据国家有关部门的统计,我国绝大部分大中城市和近三分之一的国土都受到酸雨的危害,有个别城市酸雨的pH已达到4。防治酸雨已成为我国环境保护的紧迫内容。要治理硫的污染有两条路可选:一是尽可能采用含硫低或不含硫能源,二是烟气脱硫。
烟气脱硫目前有3种技术路线:石灰乳中和、高压电场氧化和活性炭脱硫,其原理如下:
Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2,
2SO2+O2→2SO3,
或活性炭
SO3+H2O→H2SO4,
2H2S+O2→2S+2H2O。
3种方法各有利弊,石灰乳中和法具有上马快、易操作的优点,但生成物为亚石膏,二次处理只能掺入做水泥,硫元素没有很好利用;高压电场法具有设备简单、硫利用好,这是近年来才研究成功的方法,所得稀硫酸加氨水中和生成硫酸铵作为肥料,但硫化氢脱除有一定困难;活性炭脱硫国内外均比较成熟,而且可以脱除SO2、H2S和有机硫。国外大型烟气脱硫(如电厂脱硫)和国内化肥厂的合成气脱硫大多采用活性炭
脱硫工艺。有研究表明:活性炭脱硫率与活性炭表面含氧基
(烯酮基)有关。此外,活性炭担载团有关,主要与“=C=O”
氧化铝、硫酸锰、水杨酸和胺基可提高烟气脱硫能力。2.3 汽车尾气污染防治
研究表明:汽车已经成为城市空气的重要污染源之一,据测定,汽车燃油挥发物造成的污染占汽车总污染的30%～40%,占尾气排气污染的60%～70%。燃油挥发物和排气中的碳氢化合物在紫外线照射下会造成光烟雾污染。此外燃油的挥发既浪费了能源,也给司机和乘客带来了不愉快的气味。发达国家,如美、日、西欧各国早在20世纪70年代就用活性炭吸附的燃油蒸发控制装置(ELCD)来解决这一问题。我国近年来也正在进行这方面的研究开发。
3 活性炭应用展望
预测本世纪活性炭的用途主要还是水处理方面,但是使用活性炭的国家将从发达国家转向一些较发达国家,如阿根廷、巴西和墨西哥等国。预计2003年,世界活性炭产量在现有基础上将再增加12万t,发达国家的增长速率可达4%,而发展中国家可能达到10%。活性炭价格也会稳中有升。可以预料由于工业的蓬勃发展,世界人口的增长、生活条件的改善、环境保护意识的加强以及水资源的紧缺,都将刺激活性炭工业的发展,深加工活性炭、高档活性炭将会有更大的市场。
参 考 文 献
1 闵恩泽,吴巍.绿色化学与化工.北京:化学工业出版社,2000.65～66
2 HandDW,CrittendenJ,HokansonD,etal.PredictingthePerfor2manceofFixed-bedGranularActivatedCarbonAbsorbers.WaterScienceandTechnology,1997,35(7):235～2413 张广禄.1997年世界活性炭概况.林产化工通讯,1999,33(1):7～104 古可隆,高尚愚.木材热解与活性炭的发展和展望.面向21世纪林产化工发展研讨会,湖南张家界,19995 古可隆.对我国活性炭工业发展的几点思考.林产化学与工业,
1999,19(1):37～406 中国防治污染技术协会组织编写.化工废水处理技术.北京:化学工业出版社,2000.148～149