水处理活性炭

1、活性炭在水处理工艺的应用,第一部分,活性炭的基础知识,2/62,第一章,活性炭的概念,活性炭是一种多孔的炭结构，因其具有巨大的比表面积（1克质量的表面积高达1200-1300甚至更大），可吸附去除多种化学物质，活性炭能选择性地吸附非极性物质，孔径大小不同的孔隙，能吸附分子大小不同的物质。 活性炭能够从含量极微的体系中进行吸附，并能脱附再生，是其他技术很难达到的，因而其广泛应用于水质净化，大气环保，食品制造，化工、医药等行业。,3/62,第二章,活性炭应用的简单介绍,大气污染的治理 有害有毒气体的防护 其他工业用途,4/62,第二章,活性炭在水质净化处理中的 应用,活性炭对分子量在5003000的有机物有十分明显的去除效果，去除率一般为70%86.7%，可经济有效地去除嗅、色度、重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等。 活性炭净化处理易于自动控制，对水量、水质、水温变化适应性强， 目前 常用的活性炭使用方法主要有 一、粉末活性炭投加（PAC）、 二、颗粒活性炭吸附净化（GAC）、 三、生物活性碳处理（BAC）三大类。,。,第三章,活性炭的生产工艺,5/62,含炭物质 （煤，

2、椰子壳，沥青，木屑等）,炭化料,活化料,活性炭成品,炭化,（高温热解）,活化,（活化剂打孔）,后处理,（精制、破碎、 筛分、包装）,3.2.1活性炭简化生产工艺图,第四章,6/62,4.1活性炭的孔隙结构,参照前苏联科学院的杜比宁（DUBININ）划分法，活性炭的孔隙分类如下： 微孔 孔隙直径2nm 中孔 孔隙直径2nm-50nm 大孔 孔隙半径50nm 微孔又分为真微孔（d0.6-0.7nm）和次微孔（0.6-0.7nmd1.5-17nm），并指出研究和生产次微孔发达的活性炭是活性炭工作者的重要任务。 。,活性炭的孔隙结构模型图,活性炭的空隙结构、孔径分布及功能,第四章,6/62,4.2活性炭的孔径分布,微孔（孔径小于2nm)拥有很大的比表面积，微孔构成的内表面积占总面积的95以上，活性炭对有机物的去除主要是微孔吸附作用。活性炭的孔径特点决定了它对不同分子大小有机物的去除效果不同。试验结果表明，活性炭易于吸附水中苯类化合物和小分子量腐殖质，对分子量500-1000的腐殖质，可吸附面积达GAC吸附面积的25去除率一般为7086.7，而对分子量小于500和大于3000的有机物则达不到有效

3、去除的效果,活性炭的空隙结构、孔径分布及功能,第四章,4.3活性炭的孔隙结构功能图,7/62,活性炭的空隙结构、孔径分布及功能,第四章,8/62,4.4.美国陶氏（DOW）化学公司水污染尺寸一览表,活性炭的空隙结构、孔径分布及功能,第五章,活性炭使用性能一般性探讨及选择,5.1涉及到活性炭使用的活性炭常用性能： 1）颗粒活性炭机械强度，由于颗粒活性炭在使用过程中，要反冲洗及再生操作；因而活性炭要有一定的机械强度。因煤质活性炭原料来源广泛、机械强度好，故自来水、工业废水处理用活性炭通常选用煤质活性炭。 2）活性炭的吸附性能，活性炭的吸附性能和活性炭的孔径分布有很大关系，一般而言，孔径小的无烟煤活性炭适合于脱臭及溶剂回收的气相吸附中；孔径较大的烟煤活性炭适、用于水中去除各种有机物及农药之类的液相吸附中。 3）活性炭性能差异性特征 由于原料和活化方法的不同，造成活性炭成品孔径分布状态、表面结构等方面的差异，给活性炭的性能带来很大的差别，所以必须根据使用目的选择最合适的活性炭及使用方法。,9/62,第五章,活性炭使用性能一般性探讨及选择,9/62,4）吸附速度 吸附速度用于预测要让吸附物质与活

4、性炭接触多长时间才能达到目的，根据吸附速度可以决定吸附装置的大小，在等温条件下，活性炭的吸附速度由下述3个过程决定。 在活性炭颗粒表面上流体薄膜内的物质移动速度 活性炭颗粒内的扩散速度 向颗粒内空隙内移动的速度 计算速度的方法有（Boyd）法、（Kay）法、德赖等、及桥本法，各有一套理论，可以参考，一般认为，在活性炭的场合，颗粒活性炭的扩散系数值大小在10-5到10-7cm2/s左右,第五章,活性炭使用性能一般性探讨及选择,9/62,5）溶质性质对活性炭吸附的影响 1）溶解度大的时候，溶质与溶剂结合力比较大，活性炭对溶质吸附前，必须对溶质与溶剂的结合进行破坏，因而活性炭对溶质的吸附能力就相对小。（多数情况下成立） 2）分子量大的物质吸附速度比较慢 3)液体温度对吸附的影响：液体温度比常温高时，产生吸附速度变快的优点。 4）由于活性炭带有负的表面电荷，虽然有的场合，吸附状态也发生变化；但总体上，多数场合是弱酸一侧的吸附效果比较好。,国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺,第六章,压块破碎 活性炭,6.1历史沿革,10/62,压块破碎 活性炭,第六章,11/62,宁夏太西地区无烟煤,磨粉,液压

5、成型柱状颗粒,炭化,活化,筛分包装,成品,添加高温煤焦油作为粘结剂,国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺,第七章,12/62,柱状破碎活性炭的生产工艺,宁夏太西地区精洗无烟煤,磨粉,液压成型柱状颗粒,炭化,活化成柱状颗粒活性炭,筛分包装,成品,添加高温 煤焦油作为粘结剂,破碎成不定型颗粒活性炭,国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺,第七章,13/62,原煤破碎不定型颗粒活性炭的生产工艺,大同弱粘烟煤块煤,破碎,热解炭化,水蒸气活化,筛分包装,成品,国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺,第七章,14/62,压块破碎不定型颗粒活性炭的生产工艺,烟煤,配煤,磨成 煤粉,压块成型,破碎,筛分,800热解炭化,1000高温蒸汽活化,破碎,筛分包装,成品,筛上料,筛下细料,国内常用的几种煤质活性炭及生产工艺,四种活性炭的优缺点比较,第七章,17/62,柱状活性炭、柱状破碎活性炭、原煤破碎活性炭、压块破碎活性炭生产工艺及性能特点比较,A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较,第八章,（1）表面特征分析 空白活性炭的SEM扫描,柱状炭表面较为光滑，孔隙较少，起伏较小，压块破碎炭表面较为粗糙，孔隙明显，突起较多。,1

6、8/62,第八章, 压块活性炭的AFM分析,压块破碎炭表面起伏较大，高低极差超过1500nm，突起较多，而柱状炭的表面较为平滑，起伏较小，高低极差在700nm左右。,19/62,A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较,（2）微生物附着情况 表面活性炭的SEM扫描,活性炭表面粘附着了大量的球菌、杆菌以及丝状菌等，而且压块破碎炭表面的微生物附着量及密度明显高于柱状炭表面。,第八章,20/62,A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较, 活性炭表面微生物量分析,在不同的炭滤池深度，压块破碎炭表面的生物附着量均高于柱状炭。,第八章,21/62,nob=nitrite-oxidizing bacteria=亚硝酸氧化细菌,A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较,（3）不同类型活性炭的运行效果比较,在取样期间内，压块破碎炭对于CODMn的处理效果均高于柱状炭。,在取样期间内，压块破碎炭对于NH3-N的处理效果均高于柱状炭。,第八章,22/62,A水厂压块破碎炭与柱状炭使用比较,第九章,23/62,活性炭的主要性能指标体系介绍,碘（吸附）值,碘（吸附）值是活性炭柱吸附碘溶液里的碘的能力，单位是gm/g，是活性炭孔隙结构

7、的相对示性值，可用来表征活性炭的总表面积和活性炭是否活化好的标志。但它不一定是活性炭吸附其他物质 的量度。,9.1水净化用活性炭的吸附性能指标介绍,第九章,24/62,9.1活性炭的吸附性能指标介绍,亚甲蓝吸附值,在给水处理应用活性炭的技术指标中，亚甲蓝吸附值是一个特别重要的关键指标。 如果从亚甲蓝分子表面取向，则表面积为1.35n，垂直取向时的面积为0.78n，其尺寸稍大于水中致臭物质2-MIB（2-甲基异茨醇和土臭素）。因而亚甲蓝吸附值反应了活性炭的脱臭能力，亚甲蓝的吸附值高，则脱除臭味的效果就好。,水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍,第九章,25/62,9.1活性炭的吸附性能指标介绍,酚值 生活饮用水水源中的污染物浓度比非饮用水中的污染物浓度低很多，一般为几个ppm甚至几个ppb。这就要求生活饮用水净化活性炭，在低浓度的范围内，有较强的吸附力。 酚值是衡量活性炭吸附低浓度物资能力的指标 酚值的定义为：将水中的含酚量从100ppm降至10ppb时的粉末活性炭投加量（gm/L）,水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍,第九章,26/62,9.1活性炭的吸附性能指标介绍,、比表面积 活

8、性炭空隙结构的总面积，用以表征活性炭总的吸附量的参考性指标。 、孔容积 活性炭空隙结构总的容积，用以表征活性炭总的吸附量的参考性指标。,水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍,第九章,27/62,活性炭的粒径 很明显，活性炭的粒径越小，活性炭和液体接触的外表面积越大c/cm吸附质进入活性炭的通道就越多，吸附质在活性炭孔隙中扩散的距离越短，吸附效果就越好。,9.2活性炭的粒径及流动性指标介绍,水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍,第九章,9.2活性炭的粒径及流动性指标介绍,均匀系数：让产品的60%通过的筛孔尺寸（d60）与同一产品通过10%的筛孔尺寸（d10）之比值。 是反应活性炭颗粒均匀性的指标 有效粒径：让产品的10%通过的筛孔尺寸（d10）例如：粒度分布有10%的产品粒径小于0.5mm则此产品的有效粒径即为0.5mm，是反应活性炭颗粒大小有效性的一个指标,注意：有效粒径和均匀系数均不适用于柱状活性炭,水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍,28/62,第九章,29/62,装填密度 在规定的装填条件下，单位体积内所含活性炭的质量其测定方法是GB/T7702.4,.漂浮率 活性炭投入水溶液

9、中，漂在水面上的布恩与总投入量的比例，单位%数 压块破碎活性炭漂浮率几乎为零。 原煤破碎活性炭漂浮率在6-10%。,9.2活性炭的粒径及流动性指标介绍,水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍,第九章,30/62,.机械强度,生活饮用水净化用活性炭在运输、装填、反冲洗过程中，再生会受到各种外力的作用，从而引起炭粒因受冲击而破碎，颗粒间摩擦而产生炭粉，因而需要较好的耐磨性目前国标活性炭强度的测定方法GB/T7702.3（球盘法来测定） 压块破碎炭因其颗粒比较圆润其耐磨性较好，原煤破碎活性炭因其棱角较多，片状物较多，其耐磨性较差。,9.3活性炭的强度指标,水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍,第九章,31/62,.化学强度,在生物活性炭中，前面工序进行臭氧处理，从而存在着由于流入水中的臭氧导致活性炭强度下降及影响再生的悬念。据有关报道，关于实际处理设施中使用4年的颗粒活性炭的强度变化，刚开始使用时为96%-97%，4年后降低至76%-82%。强度已成为活性炭使用期限的一个因素。得利满的设计规范中，要求颗粒活性炭的化学强度（抗药性，又称酸可溶率）：指10-15g（准确称重）干燥样品与浓度为20%的盐酸接触二十四小时后，重量减少规定酸可溶率 RC8%（根据抗药性选择能抵抗水中所含药剂带来的酸性离子腐蚀的媒介物）,9.3活性炭的强度指标,水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍,第九章,32/62,.水溶物 活性炭在水溶液中的水可溶物。,9.4活性炭的安全性指标, PH值：活性炭的酸碱性。 一般空气法活化未经酸洗的活性炭偏碱性。,水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍,第九章,33/62, 活性炭中的杂质内有害成分锌、砷、镉、铅不得超过国家生活饮用水卫生标准 （GB5479-2006），参考日本JISK标准在CJ/T345-2010中，规定： 1、锌（Zn)/(g) 500 2、砷（As)/(g) 2 3、鎘（Cd)/(g) 1 4、铅（Pb)/(g) 10,9.4活性炭的安全性指标,水净化用活性炭的主要性能指标体系介绍,第九章,33/62,9.5净化水用煤质活性炭国家标准,水净

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