活性炭用于饮用水深度净化的原理

发布时间:2021/6/7 17:00:00 浏览次数:181
文章来源:www.590.com网络部 作者:www.590.com小编

活性炭具有巨大的比表面积、发达的孔隙结构和稳定的化学性质,可以耐强酸、强碱,能经受高温高压作用。一般来说,良好的活性炭比表面积在1000㎡/g以上,细孔总容积可达到0.18~0.6mL/g,孔径1~104nm,细孔分为大孔、中孔和微孔。大孔半径50~10000nm,容积一般为0.2~0.5mL/g,表面积为0.5~2.0㎡/g,对液相物理吸附作用不大,但作为触媒载体,作用十分显著,主要作为吸附质扩散通道,在吸附脱除水中污染物的同时,也成为水中微生物的理想栖息场所。中孔半径为2~50nm,容积一般为0.02~0.10mL/g,表面积占活性炭总面积的5%,中孔主要起吸附和通道的作用,吸附质的扩散速度受到中孔的影响。微孔半径小于2nm,容积每克一般为0.15-0.9ml,表面积却占活性炭总面积的95%以上,是活性炭吸附微污染物的主要作用位置。因此,将活性炭用于水处理,可以同时发挥活性炭吸附和微生物降解的双重作用。活性炭在水环境中经过一段时间后,活性炭成为生物活性炭,其上的吸附质能够为微生物提供稳定的生息环境,而微生物的存在也为活性炭提供了生物再生功能,总的效果时间带有穿透现象的不稳定吸附过程转换为准稳态过程。

在粒状活性炭过滤器中利用生物法去除溶解有机物可以使处理后的水质具有许多优点,例如,生物活性可以去除大量的溶解有机碳(DOC)。利用吸附和生物活性去除溶解有机碳的理论表述如图1所示。首先,大部分的去除过程发生在物理吸附阶段(阶段A),而此时细菌正处于适应环境阶段,此阶段可去除40%~90%的溶解有机碳,而其他10%~20%的溶解有机碳不被粒状活性炭所吸附;在阶段B,吸附和生物降解工艺同时进行,此时细菌已适应了环境,由于吸附点的饱和,吸附能力逐渐下降;阶段C被称为稳定状态阶段,生物氧化在去除溶解有机碳过程中起主要作用,而大部分吸附能力在此阶段已耗竭,在稳定状态下,溶解有机碳的去除率在15%~40%之间。如果在稳定状态下去除效果能满足处理要求,粒状活性炭的寿命会大大延长。

 

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1吸附和降解去除溶解有机物的图示

构成地表水溶解有机碳的天然化合物是氯消毒副产(DBP)的前质,如三卤乙烷(THMs)和岗乙酸(HAAs)。水的三卤乙烷和卤乙酸对健康有害,在很多国家受到限制。三乙烷和卤乙酸前质的去除与溶解有机碳的去除相互关联。在看态条件下,三卤乙烷和卤乙酸前质的去除效率约在20%。70%。而工艺的zui初阶段(阶段A)的去除效率要高得多75%~90%被物理吸附去除。

粒状活性炭过滤池的生物氧化对去除无机物同样有效,如氨。氨是一种有毒的化学物质,能促进生物生长并与氯发生反应。溶解有机碳和氨的去除可大大减少处理后水对氯的使用量。氯用量的降低,减少了消毒副产物的产生,同时也提高了水质。

预臭氧化给水处理工艺带来很多好处。例如,良好的杀菌效果并且不形成三卤乙烷或卤乙酸,微絮凝,脱色,去除铁和锰,降低产生气味和味道的物质和增强生物活性等。然而臭氧杀菌副产物一般都很容易被生物降解,同时会导致供水系统中生物的生长。去除生物活性炭过滤器中的可降解化合物有助于控制生物再生长,进一步提高残氯的稳定性。在稳态条件下,可生物同化有机碳(AOC)和可生物降解性有机碳(BDOC)的去除率在50%~100%之间。另外,此工艺可完全去除损害健康的臭氧杀菌副产物,其中包括某些短链醛。这可能成为未来制定规范的目标。

具有生物活性的粒状活性炭对去除合成有机化学品,如苯、甲苯和有害健康的杀虫剂如阿特秀津非常有效。该工艺也可以降低产生臭味和其他味道化合物的浓度,如短链醛(果味)、胺和脂肪醛(腥臭味)、苯酚和氯代苯酚(防腐剂和药品)。

zui后,生物活性通过去除与不可生物降解或缓慢生物降解化合物争夺吸附点的物质增强粒状活性炭的吸附能力,有时被称为生物一再生效应。

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