活性炭水处理技术及其再生方法
2005年第9期广 东 化 工29
专论与综述
活性炭水处理技术及其再生方法
许静,黄肖容,隋贤栋,王立栋
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(1.华南理工大学化工与能源学院,广东广州510640;
2.华南理工大学机械工程学院,广东广州510640)
[摘 要]本文主要综述了活性炭水处理技术的特点及应用现状,以及用于水处理活性炭的选择问题,还对活性炭的几种再生方法进行了讨论。
[关键词]活性炭;水处理;再生
ActivatedCarbonWatiques
andMtion
,ong,SuiXiandong,WangLidong
.mandEnergyCollege,SouthChinaUniversityofogy,Guangzhou510640;2.MechanicalEngineeringCollege,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)
Abstract:Thispaperbrieflysummarizedthetechnicalcharacteristicandapplicationofactivatedcarboninwatertreatment,andalsoproposedproblemabouthowtochooseactivatedcarbonusedinwatertreatment,anddiscussedsev2eralregenerationmethods.
Keywords:activatedcarbon;watertreatment;regeneration
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目前,随着现代工业及其它产业的迅猛发展,人们面临更严重的污染,特别是水体污染已经引起了当今世界各国的普遍关注。同时,人们生活水平的不断提高及环保意识的不断增强,使得人们对水质的要求愈来愈严格。活性炭作为一种优良的吸附剂,由于它具有发达的细孔结构,巨大的比表面积,优良的吸附性能以及设备简单,操作方便,可再生等特点而被广泛的应用于水的净化处理。
由于活性炭能有效地去除污水中大部分有机物和某些无机物,因此,20世纪60年代初,欧美各国开始大量使用活性炭吸附法处理城市饮用水和工业废水,到目前,已成为城市污水和工业废水深度处理和污染水源净化的有效手段之一,并且是最经济和最有效的方法。活性炭在饮用水的深度净化方面的处理效果也是非常显著的,受到了人们的高度重视。随着活性炭在水处理及各领域应用日趋广泛,问题也相应的出现了,饱和的活性炭不经处理即行废弃而引起了污染及资源浪费等问题,因而要寻求有效的再生方法以提高净化的水质及减少对环境的污染。由此,传统的再生工艺不断改
[收稿日期]2005-07-15
进的同时也涌现出一些活性炭再生的新技术新工艺,从而进
一步拓宽了活性炭的应用领域。
1 活性炭水处理
1.1活性炭的选择
一般都采用比表面积、碘值、亚甲基蓝、CCl4吸附值等指标来选择水处理活性炭。但是也有实验对此提出质疑:上述指标与活性炭对天然水中有机物的吸附能力之间的相关性不好,并指出在选择去除天然水中有机物的活性炭时很难用这些指标来衡量,而应采用活性炭对水中四种典型有机物(腐植酸、富里酸,木质素,丹宁)的吸附容量和吸附速度作为水处理活性炭指标,对此还应作深入的研究。选择水处理活性炭时应保证浸水情况下足够的机械强度,冲洗时耐磨损,价格要低廉,要根据水质的特点,通过试验对比,判别吸附性能的优劣,同时应注意活性炭孔径分布及其化学性能等对吸附性能的影响[1-3]。
1.2活性炭水处理的特点
活性炭是极性的多孔吸附剂,它的作用机理是通过物理
[作者简介]许静(1981-),女,内蒙人,硕士研究生,主要研究方向:水的净化处理。
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吸附为主以及部分生物降解。吸附作用主要在极大的内表
面上进行,它可以从水中吸附极大部分的有机物质,是其它水处理单元工艺难以取代的。活性炭用于水处理具有如下特点[4,5]。
(1)活性炭对水中有机物有良好的吸附性能,由于其发达的细孔结构及巨大的比表面积,能够有效的去除水中的溶解性有机污染物,还对生物法及其它化学方法难以去除的有机组分如色度、臭味以及丹宁酸。木质素、乙醚、苯酚、蛋白质、亚甲基蓝-活性物质、界面活性剂(阳离子和非离子型)、微量油脂、除草剂。杀虫剂和杀菌剂等农药有良好的去除效果。
(2)活性炭用于水处理时,对水质、水温及水量的变化有较强的适应能力,再生后可重复使用,且具有装置占地面积小,易于控制,操作简便等特点。
所含污染物的种类进行分别处理,诸如石油精制废水、石油化工废水、印染废水、含表面活性剂废水、制药废水等工业废水其处理过程活性炭一般用于“二级”“三级”处理,使废水得到较为有效的处置。
目前,在水处理方面,活性炭不仅仅局限于单独使用于水处理,而是通过两种甚至是多种材料之间的协同作用,与膜、微生物、氧化剂、微波、电化学、TiO2等材料或技术联合使用,可以大大提高活性炭的效率,并能取得较好的处理效果。显而易见,组合工艺较简单的活性炭吸附技术能更有效的去除有机污染物且进一步提高了污水的可生化性,但并不是所有的组合工艺都能达到理想的处理效果,多数联合技术还不成熟,存在着成本偏高或操作繁琐等问题,还需要在大量的试验中探索,总之,推广组合工艺是将来的发展趋势。
1.3活性炭在水处理中的应用
活性炭应用于水处理领域相对于其它处理工艺来说是短暂的。70年代中期,由于水源受工业废水,农业化学农药由此在水处理中扮演重要角色分包括:游离氯、、溶存氨(联氨分解)、、异臭成分、苯酚、氯苯酚、三氯甲烷、农药类、PCB、有机氯化物(TOX)、油分、三卤甲烷前体物质、重金属(特别对Hg)、TOX前体物质、铁、锰、COD、病毒、TOC、热源、氨:BOD。活性炭在水处理中主要应用于上水处理,工业用水处理,城市居民生活污水的处理及工业废水处理等[6-8]。
1.3.1上水处理
2 、价格高的问题,～45%,且活性炭对污染物的,如果活性炭饱和后不经处理即废弃必然。饱和活性炭通过各种再在。
活性炭再生(或活化)即用特殊的方法(物理的或化学的),将吸附在活性炭上的污染物从细孔中去除,而且尽量不破坏活性炭本身的结构,恢复其吸附性能,达到重新使用的目的。一般根据活性炭对所要处理水中的主要成分的处理规模,活性炭的吸附容量,吸附周期等因素进行可行性分析而选择最佳的再生方法。目前的再生方法有很多。
2.1加热再生法
加热再生法是目前应用得最多,工业最成熟的活性炭再生方法。该法主要是通过外部加热的方式来改变活性炭上的吸附平衡关系进而达到解析和脱附的目的,从而使活性炭再生。加热再生法是传统的再生方法,炭损失大,多达5%～
10%,运输费用大,但再生效率较高
[9]
饮用水和上水水源的水质标准是最严格的。随着科技的进步,饮用水的水质要求越来越严格。城市自来水,不适于人类饮用,需经过活性炭处理,可以有效的去除有机杂质及各种色度和臭味。不会造成含氯碳氢化合物的形成。此外,活性炭处理自来水可以保留一定量的钙镁和其它微量元素。活性炭是处理人类饮用水或自来水上水水源的较经济可行的有效手段。
1.3.2工业用水处理
。
一般加热再生法要经过高温分解、气体活化(CO2、CO等)等步骤,但sabio等[10]将其简化,将饱和的活性炭直接进行气体活化进行再生,实验结果证明是可行的。对吸附PNP饱和的活性炭进行气体活化的实验,使操作大为简化,并降低了运行成本。同时因为空气具有廉价、处理温度底,再生周期短等优势,提出将空气作为活化气体的一种选择,但是与CO2相比,其并不能很好的恢复活性炭的吸附性能,但却是值得人们继续深入研究的一个方向。热再生法在工业上得应用是非常广泛的,若能有所改进或将其过程简化,将会有可观得经济效益及更大的应用价值。
工业用水因使用目的不同而有不同标准。电子工业、化学工业及医药工业所用的高纯度水的制备环节中,活性炭处理是不可或缺的。它主要用来除去有机物、胶质、农药残留物、游离氯和少量的二氧化碳和氧等气体。由于工业用水量的增加和水源的污染,活性炭的需求量也逐年增长。
1.3.3城市居民生活污水的处理
随着城市人口的增长及工业的发展,城市居民生活污水的排放量增加。对水源造成严重污染。污水以有机污染物为主,其中有毒性较大的酚类、苯类、氰化物、农药及石油化工产品等。治理含有上述物质的生活污水。经过常规的“一级”、“二级”处理后。可以除去剩余溶解性有机物,活性炭已经被广泛应用于城市居民生活污水处理。
1.3.4工业废水处理
2.2电化学再生法
电化学再生发是采用化学方法进行再生得一种较为理想的方法,主要是将饱和的活性炭填充在两个主电极之间,置于电解液中,在直流电的作用下,活性炭极化,在其阴阳极发生氧化还原反应而使吸附的污染物发生分解从而使活性炭再生。电化学法再生活性炭的影响因素[11]主要有:活性炭所处的电极,所用辅助电介质的种类、浓度以及再生电流和再生时间等。
工业废水是环保的重大课题之一,工业废水就其对象而
言,较为广泛。因为环境条件各异,废水的种类不同,应针对
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从电化学再生饱和苯酚的活性炭实验结果[9]得出,吸附
苯酚饱和的活性炭,其阴极的再生效率比阳极的效果好,当电解质溶液是NaCl时,再生效果较好,同时,再生效率随电解质浓度的增加而增加,但达1%后无明显变化,还随再生电流及再生时间的增加而提高,但在5h后基本呈稳定状态。由实验看出,电化学再生效率较高,可达80%～95%,再生均匀,能耗少,炭损少,不会造成二次污染。电化学再生技术刚兴起,处于研究阶段,可以预见具有良好的发展势头。
3 结语
活性炭吸附涵盖了水处理的各个领域,但是其处理技术仍不完善,诸如在水的深度处理方面,还不能完全解决水质污染问题,用于水的深度处理还有待进一步的开发和改进。但总的来说,活性炭用于水处理还是非常有效的,再结合其它有效的水处理工艺,及选择较为合理的再生方法,将环保及经济效益于一体进行综合考虑,将会有更广阔的发展空间。
2.3微波辐射再生法
近些年来,微波辐射,因微波辐射能量后极性分子通过分子偶极的每秒数十亿次的高速旋转而快速的产生热效应而引起了人们的关注[12]。微波辐射技术已经被广泛的应用于家庭,工业及医药业等[13]。微波辐射也被用于环保领域。目前,微波辐射再生活性炭作为传统再生方法的一种具有可行性的替代方法而被提出[14]。微波辐射再生法即通过微波辐射活性炭,经过高温使有机物炭化活化,从而恢复其吸附性能的方法。微波辐射再生可以看作是内加热的方式使活性炭再生。
微波辐射再生的影响因素:微波功率活性炭粒度及含水量等。活性炭试验看出:,在一定范围内,,含水率越低,再生效果越好。,应根据具体的实验来确定相应的参数。
微波辐射再生法可以降解一些较难降解的有机物质,该法简单易行,能耗低,周期短,但若工艺条件控制不当,则活性炭的烧损比较严重[11]。微波辐射技术已经显示出其无与伦比的优越性,可以预见在未来的工业应用中具有广阔的应用前景。
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Cabon,
2.4超声波再生法
超声波再生法的最大特点就是在活性炭的局部施加能
量,而不需将大量的水溶液和活性炭加热,使吸附质脱附,从而达到再生的目的。此再生方法可以说是在加热再生的方法的基础上发展起来的,但是还不成熟,jce-lim等[15]通过理论分析及实验来证明超声波再生的可行性。用超声波再生吸附TCE饱和的活性炭,TCE得到解析,活性炭得以再生。
[16]
Rege等也用超声波降解了饱和活性炭上的苯酚。我国的研究人员业已通过实验说明了超声波再生的有效性。王三反等[17]的超声波再生实验结果表明该法具有能耗低,工艺及设备简单,炭损小,可回收有用物质等优点,但再生效率低,且只对物理吸附有效。超声波再生法的研究仍处于起步阶段,其与热再生法相比具有一定的优势,是非常有发展潜力的再生方法。
热再生因其应用的广泛性,应尽力完善其自身的劣势,以便获取更大的经济价值。而几种新起步的再生方法还需不断的探索以寻求更大的发展空间。新兴起的再生工艺较传统的再生方法具有炭损小,吸附性能好,且无二次污染等优势。随着现代科技的发展,必将推动能耗小,炭损小,再生周期短而效率高的全新再生技术的涌现及现有技术的发展和完善,也将使活性炭在水处理方面拥有更大的市场需求。