活性炭吸附技術在水處理中的應用

【摘要】本文以活性炭的特性與吸附機理為基礎，分析活性炭的吸附技術及活性炭吸附組合工藝在國內外的發(fā)展情況，并探討其應用情況，總結其應用中的優(yōu)點與不足之處，探討其發(fā)展前景。

【關鍵詞】水處理；活性炭；吸附技術；組合工藝；應用

1、活性炭的特征及其吸附原理

1.1特征

活性炭也稱為活性炭黑，根據原材料及生產工藝的不同其顏色有一定的差異，但以黑褐色為主，由于活性炭材料具有特殊的多孔結構使得其比表面積非常大，可達2000m2/g以上，因此具有較強的吸附性能，同時本身的疏水性能使得其在水處理領域得到廣泛的應用。

1.2吸附的原理

活性炭是一種常見的多孔吸附材料，其微觀孔洞包括微孔（孔徑小于2nm）、中孔（孔徑2-50nm）以及大孔（孔徑大于50nm），其中微孔和中孔結構占據活性炭材料的大部分比表面積，因此對活性炭材料的吸附能力有著決定性的影響，而大孔主要起到材料微觀骨架以及通道的作用。由于活性炭強大的吸附能力以及疏水性使得其在水溶液中得以迅速吸附水中的有機物以及懸浮物，并在吸附過程中在與水溶液的界面處形成一種“濃差極化作用”，導致附近的有機物、懸浮物等不斷向活性炭移動而被其吸附，而實際上，活性炭的吸附作用是一個很復雜的過程，涉及到多方面的因素，隨著吸附過程的進行，活性炭的吸附能力也會逐漸降低，此時要通過將活性炭進行脫附處理，以使其再生。

2、該技術在水處理中的應用及其發(fā)展

在水處理領域常用的活性炭主要有粉末狀和顆粒狀兩種，其中粉末狀活性炭的比表面積更大，吸附能力更強，在實際工作中主要是采用與水溶液直接混合，在懸浮的狀態(tài)下進行攪拌促進吸附作用，吸附效果好，但是不易回收，容易造成對水體的二次污染；而顆粒狀活性炭主要以固定床、吸附柱等的填料存在，因此更易回收再生，可操作性強，但顆粒狀活性炭本身的吸附能力有限，因此吸附效率不高。近年來也出現了其他特殊形態(tài)的活性炭制品，如炭纖維布、炭氈等，但由于成本較高限制了在實際水處理中的應用。

2.1活性炭吸附法在污染水源凈化中的運用

早在上個世紀二三十年代歐美國家就已經將活性炭吸附法廣泛用于被污染水源的水體凈化，尤其是在枯水期這種污染會被放大，水體的色度大、臭味強，利用活性炭對有機物和氨等的強大吸附力對水體凈化起到顯著的效果，在實際工作中，如果水源污染呈現短期、高負荷的特點，一般采用投加粉末狀活性炭的方式，而如果污染持續(xù)性較強則一般采用顆粒狀活性炭填料的吸附柱或流化床來進行處理，通過不斷更換填料的方式以保持凈化效果。

2.2城市污水中活性炭吸附法的應用

城市污水在排放之前要經過污水處理廠的二級處理，污水中的大顆粒物、懸浮物通過絮凝、沉淀等過程得到去除，而有機物則在生物反應器內被大部分去除，在大多數情況下通過二級污水處理后城市污水均能達標排放，然而在一些對出水水質要求較高的場合，如需要對出水進行回用等，就對出水水質提出了更高的要求，因此在實際工作中由污水二級處理工藝出來的水要經過活性炭吸附裝置對水中殘余的有機物以及懸浮物進行進一步的去除，以達到回用標準。

2.3在工業(yè)廢水處理中活性炭吸附技術的應用

工業(yè)廢水的成分復雜，一般要針對排放源的不同而制定不同的飛速處理工藝，在重金屬含量較高（如電鍍廢水）、有機物含量（如屠宰廢水）、毒性較大（如含氰廢水）等場合可使用活性炭作為吸附劑，作為污水處理工序的收尾工作，以促進工業(yè)廢水的達標排放。

3、活性炭吸附組合工藝的運用及發(fā)展

在實際工作中，為進一步提高水處理效果，可將活性炭與其他物質組合使用，形成活性炭吸附組合工藝，常見的主要有以下幾種：

3.1活性炭與臭氧組合工藝

臭氧本身的氧化性極強，對水體來說可起到較好的殺菌作用，對活性炭吸附處理工藝來說是個有效的補充，同時通過臭氧可以將大分子有機物分解為小分子形態(tài)，使之可以更易于進入活性炭的孔洞而被吸附，因此有促進活性炭吸附能力、提高吸附壽命的作用，將這兩種物質組合使用可有效發(fā)揮二者的優(yōu)勢，提高水處理效果。

3.2活性炭與高錳酸鉀組合工藝

高錳酸鉀是一種常見的強氧化劑，對富營養(yǎng)化水體來說可以有效抑制藻類的生長，同時利用活性炭的吸附性去除水中的小分子有機物，達到對水體除色、除味的目的，因此在常規(guī)的凈水工藝中常將二者組合起來使用，實踐證明凈化效果極佳。

3.3生物活性炭工藝

生物膜法是常見的去除水中有機物的方法，利用人工培養(yǎng)的技術，使生物膜在活性炭內部生長，從而形成一個以活性炭材料為骨架的生物膜體系，可以有效延長有機污染物與生物膜的接觸時間，并能夠發(fā)揮活性炭的吸附作用，達到協同作用的目的，使污染物去除率大幅增加，同時生物膜在對污染物降解的同時可以直接使活性炭再生，延長活性炭一次使用壽命。

3.4活性炭與活性污泥組合工藝

在曝氣池中，活性污泥對水體中有機物起到較好的生物降解作用，將活性炭投加到曝氣池中形成活性炭與活性污泥的混合體，一方面利用活性污泥去除大部分有機物，另一方面通過活性炭吸附活性污泥無法降解的有機物質，同時活性炭的加入可有效改善活性污泥的壓實密度，避免污泥膨脹。

3.5活性炭與超濾組合工藝

超濾工藝對水中的病原菌以及有機物可通過超濾膜的過濾作用有效去除，但其局限性在于容易造成膜污染，因此在超濾工藝前用活性炭吸附法對水體進行預處理，將水中的大部分有機物、懸浮物去除，降低水體濁度和色度，以降低后續(xù)超濾工藝的工作負荷，延長超濾膜使用壽命，同時用超濾工藝可有效解決活性炭吸附工藝無法解決的病原菌去除問題。

3.6活性炭電解法

電解法可有效降解水中雜質，但由于傳統(tǒng)電解水處理法中受電極面積所限使其污水處理效果受到限制，往往能耗較高，而活性炭本身具有良好的導電性，因此利用活性炭電極來替代傳統(tǒng)電極，可發(fā)揮活性炭比表面積大、吸附性強等優(yōu)點，提高電解效率，實踐證明這種采用活性炭電極的電解水處理工藝電流效率較高，可比傳統(tǒng)電解法更加節(jié)能，因此成為熱門研究方向。

結束語

活性炭吸附在水處理中應用較為廣泛，可單獨使用活性炭吸附對水體進行高效處理，同時利用活性炭與其他物質、技術的組合工藝可同時發(fā)揮各自的優(yōu)勢，促進出水水質的進一步提高，并且這種協同作用表現為更加高效、節(jié)能，因此應當是未來水處理工藝的一個發(fā)展方向。

參考文獻

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[2]汪麟，吳恬.淺談臭氧-生物活性炭深度水處理工藝.《西南給排水》，2009.