1 前言
活性炭具有較強(qiáng)的吸附性和催化性能，原料充足且安全性高，耐酸堿、耐熱、不溶于水和有機(jī)溶劑、易再生等優(yōu)點(diǎn)，是一種環(huán)境友好型吸附劑。活性炭作為一種優(yōu)良的吸附劑在給水處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，是去除水中有機(jī)物、嗅、特別是合成有機(jī)物的有效手段。活性炭具有很大的吸附性能主要是由其特殊的表面結(jié)構(gòu)特性和表面化學(xué)特性所決定，同時(shí)活性炭的電化學(xué)性質(zhì)對(duì)吸附性能也有很大影響。
隨著城市生活飲用水水源受污染程度日益加劇，為提升飲用水水質(zhì)，需要改造水廠常規(guī)水處理工藝，臭氧-活性炭深度水處理技術(shù)的應(yīng)用將日益普及，活性炭的選型將直接影響深度水處理的效果和投資建設(shè)資金。
2活性炭
活性炭廣泛用于工業(yè)三廢治理、溶劑回收、食品飲料提純、載體、醫(yī)藥、黃金提取、半導(dǎo)體應(yīng)用、電池和電能貯存等。調(diào)整活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)表面基團(tuán)進(jìn)行改性，對(duì)提高其特殊性能和特定吸附催化作用具有十分重要的作用[1]。
絕大部分含碳物質(zhì)都可制備活性炭，如木材、鋸末、煤類、泥炭類、果殼、果核、蔗渣及稻殼、石油廢料、廢舊塑料、廢舊皮革、廢輪胎、造紙廢料、城市垃圾等廢棄物。目前普遍認(rèn)為果殼是制備活性炭的*佳原料，但我國果殼資源十分有限，且不易集中、貯存，價(jià)格昂貴。近年來，國內(nèi)外對(duì)各種價(jià)格較低、來源廣泛的廢棄物相繼進(jìn)行了制備活性炭的試驗(yàn)[1]。目前由廢棄物制得的活性炭性能并不高，實(shí)際應(yīng)用還較少，但因其價(jià)格低廉、含碳率高、材料易得、原料充足且綠色**而日益受到青睞。有效地利用廢棄物生產(chǎn)活性炭，不僅可節(jié)約資源且有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
在環(huán)保產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，活性炭用量*大的是城市水源凈化工程和污水處理工程，約占環(huán)保產(chǎn)業(yè)活性炭總用量的70％以上；其次是空氣凈化，活性炭用量也在逐年上升。然而，活性炭生產(chǎn)過程卻存在著一定程度的環(huán)境污染。在國家環(huán)保政策越來越嚴(yán)的情況下，解決好活性炭生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)保問題，是活性炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大課題。有專家指出：未來10-20年，我國的活性炭需求將進(jìn)一步加大，中國活性炭產(chǎn)業(yè)將向著低消耗、低污染和高品質(zhì)、高科技的方向發(fā)展[2]。
活性炭作為優(yōu)良的吸附劑在飲水的凈化、廢水的深度處理、凈化或儲(chǔ)存氣體等方面有著廣泛的應(yīng)用。研究表明，活性炭主要對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量小于3000，尤其是500-1000的有機(jī)物吸附作用較強(qiáng)。影響活性炭性能的主要因素有比表面積大小、孔容和孔徑分布。一般比表面積、孔容越大，其吸附能力越強(qiáng)。
3活性炭在凈水技術(shù)中的應(yīng)用
目前,城市飲用水處理工藝以去除懸浮物、濁度和病原微生物的混凝→沉淀→過濾→消毒常規(guī)處理工藝為主，并根據(jù)水源水的特性選擇適當(dāng)?shù)奶幚順?gòu)筑物類型,組合成飲用水處理工藝流程。消毒方式主要以氯消毒為主，也有少數(shù)水廠采用二氧化氯、臭氧或紫外線消毒。出水水質(zhì)一般要求達(dá)到國家頒布的生活飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于水質(zhì)良好的水源，傳統(tǒng)的水處理工藝可獲得安全合格的飲用水。但隨著水源水的污染，在對(duì)有機(jī)物去除、降低三氮含量這些目前飲用水急需解決的問題上，傳統(tǒng)的水處理工藝滿足不了要求[3]，大部分地區(qū)的飲用水雖然經(jīng)過了常規(guī)處理，但仍然含有多種多樣的微量有機(jī)物，特別是有毒有害、致畸、致癌和致突變物質(zhì)逐漸增多，人們長期飲用，會(huì)出現(xiàn)眩暈、疲勞、脫發(fā)、癌癥發(fā)病率增高等現(xiàn)象[4]。隨著城市化和工業(yè)化的迅猛發(fā)展，飲用水中不斷出現(xiàn)新的病原微生物因子，加氯消毒也不能有效殺滅水中的病原菌、病毒和抗氯型的病原寄生蟲如賈第蟲胞囊和隱孢子蟲卵囊等。抗氯型病原微生物如隱孢子蟲的出現(xiàn)也使人們對(duì)傳統(tǒng)的加氯消毒工藝產(chǎn)生了質(zhì)疑[5]。
為了改善和提高飲用水水質(zhì)，有效地去除飲用水中微量有機(jī)物以及鐵、錳、重金屬離子等有害物質(zhì)，防止THMs等致畸、致癌物質(zhì)的產(chǎn)生，**上眾多的國家都開展了這方面的研究，并采取了相應(yīng)的措施。從現(xiàn)有的資料來看,飲用水深度凈化主要采取預(yù)氧化、活性炭吸附和臭氧氧化等措施[6]。
活性炭在凈化給水方面不僅對(duì)色、嗅去除效果良好，而且對(duì)合成洗滌劑ABS、三鹵甲烷（THMs）、鹵代烴、游離氯也有較高的吸附能力，也能有效地去除幾乎無法分解的氨基甲酸酯類殺蟲劑等。活性炭能有效地去除水中的游離氯和某些重金屬（如Hg, Sb, Sn, Cr）且不易產(chǎn)生二次污染，常用于家庭用水及飲用水的凈化處理工藝中[7]?；钚蕴吭趶U水處理方面的主要優(yōu)點(diǎn)是處理程度高、出水水質(zhì)穩(wěn)定。與其他方法配合使用可獲得質(zhì)量很高的出水水質(zhì)，甚至達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。在凈水技術(shù)中，一般分為預(yù)處理和深度處理技術(shù)。
3．1 吸附預(yù)處理技術(shù)
吸附預(yù)處理技術(shù)是指利用物質(zhì)的吸附性能或交換作用來去除水中污染物的方法。目前用于水處理的吸附劑有活性炭、硅藻土、二氧化硅、活性氧化鋁、沸石及離子交換樹脂等[8]。近年來又研制開發(fā)了一些新型吸附材料，如多孔合成樹脂、活性炭纖維等。其中用的*多的是對(duì)水中有機(jī)污染物和臭味有較強(qiáng)吸附作用的疏水性物質(zhì)-活性炭。但是粉末活性炭參與混凝沉淀過程后，殘留于污泥中，目前尚無很好的回收再生方法，致使處理費(fèi)用較高,難以推廣應(yīng)用。粘土礦物類吸附劑雖然貨源充足、價(jià)格便宜，具有很好的吸附性能，但大量粘土投入混凝劑中增加了沉淀池的排泥量，給生產(chǎn)運(yùn)行帶來了一定困難[8][9]。
3．2 深度處理技術(shù)
以下簡單介紹兩種活性炭深度處理技術(shù)。
一、氧-活性炭聯(lián)用深度處理技術(shù)
活性炭是一種由大孔、中孔、微孔組成的多孔性物質(zhì), 對(duì)有機(jī)物的去除主要靠中孔和微孔的吸附作用。臭氧活性炭聯(lián)用深度處理技術(shù)采取先臭氧氧化后活性炭吸附，在活性炭吸附中又繼續(xù)氧化的方法。其基本原理是在炭層中投加臭氧，使水中的大分子轉(zhuǎn)化為小分子,改變其分子結(jié)構(gòu)形態(tài)，提供了有機(jī)物進(jìn)入較小孔隙的可能性，使大孔內(nèi)活性炭表面的有機(jī)物得到氧化分解，從而使活性炭可以充分吸附末被氧化的有機(jī)物，達(dá)到水質(zhì)深度凈化的目的[8]。當(dāng)然臭氧活性炭聯(lián)用技術(shù)也有其局限性，如臭氧在破壞一些有機(jī)物結(jié)構(gòu)的同時(shí)也可能產(chǎn)生一些有毒有害的中間產(chǎn)物。研究結(jié)果表明，水源經(jīng)臭氧2活性炭吸附深度處理,氯化后出水水質(zhì)可能仍具有致突變性。
二、臭氧-生物活性炭技術(shù)
臭氧-生物活性炭工藝是采用活性炭物理化學(xué)吸附、臭氧化學(xué)氧化、生物氧化降解及臭氧滅菌消毒四種技術(shù)合為一體的工藝。首先利用臭氧預(yù)氧化作用，初步氧化分解水中的有機(jī)物及其它還原性物質(zhì)，降低生物活性炭濾池的有機(jī)負(fù)荷，同時(shí)臭氧氧化能使水中難以生物降解的有機(jī)物斷鏈、開環(huán)，轉(zhuǎn)化成簡單的脂肪烴，改變其生化特性。臭氧除了自身能將某些有害有機(jī)物氧化變成無害物外，在客觀上還可以增加小分子的有機(jī)物，使活性炭的吸附功能得到更好的發(fā)揮?；钚蕴磕軌蜓杆俚匚剿械娜芙庑杂袡C(jī)物，同時(shí)也能富集微生物，使其表面能夠生長出良好的生物膜，靠本身的充氧作用，炭床中的微生物就能以有機(jī)物為養(yǎng)料大量生長繁殖好氣菌，致使活性炭吸附的小分子有機(jī)物充分生物降解。臭氧-生物活性炭工藝能夠有效地去除水中的有機(jī)物和氨氮，對(duì)水中的無機(jī)還原性物質(zhì)、色度、濁度也有很好的去除效果，并且能有效地降低出水致突變活性，保證了飲用水的安全。但該法對(duì)污染源水的指標(biāo)（如氨氮含量）及原處理工藝（如預(yù)氯化）部分有一定的要求[10]。
臭氧-生物活性炭工藝是目前**上公認(rèn)的去除飲用水中有機(jī)污染物*為有效的深度處理方法之一。該工藝是在活性炭吸附的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，綜合了臭氧、活性炭兩者的優(yōu)點(diǎn)。若單獨(dú)使用臭氧，成本高，且水中可生物同化有機(jī)碳（AOC） 增加，導(dǎo)致水的生物穩(wěn)定性變差；單獨(dú)使用活性炭，其吸附及微生物降解協(xié)同作用效果減弱，吸附的飽和周期縮短，為保持水質(zhì)目標(biāo)，必須經(jīng)常再生[11]。臭氧-活性炭聯(lián)用工藝則有效地克服了以上兩者單獨(dú)采用的局限性，又充分發(fā)揮了兩者的優(yōu)點(diǎn)，使水質(zhì)處理效果大為改善。此外，采用臭氧-活性炭聯(lián)用工藝還能有效地降低AOC （生物可同化有機(jī)碳）值，使出水的生物穩(wěn)定性大為提高，活性炭上附著的微生物使其能長期保持活性，有效延長活性炭的再生周期[12]。
4 結(jié) 語
目前我國大部分城市水源受到不同程度污染,常規(guī)處理工藝不能有效工作的情況下,活性炭可作為飲用水處理深度處理、預(yù)處理的有效手段,從而針對(duì)活性炭去除飲用水中有機(jī)物質(zhì)的研究很有意義。在預(yù)處理方面，因新型吸附材料的發(fā)展，使吸附預(yù)處理具有較好的應(yīng)用前景；在深度處理方面，臭氧-生物活性炭技術(shù)已成為微污染水處理的主流工藝。今后的水處理技術(shù)將越來越強(qiáng)調(diào)將物理、化學(xué)、生物等方法有機(jī)結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢進(jìn)行綜合治理，以達(dá)到*低成本下的*佳去除效果。當(dāng)然，要真正解決飲用水水質(zhì)問題,除加強(qiáng)水處理工藝技術(shù)發(fā)展外，還應(yīng)加強(qiáng)源頭控制，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的宣傳，提高全民的環(huán)境意識(shí)等。
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