活性炭在废水处理中的应用及前景展望

1、活性炭在废水处理中的应用及前景展望专业：环境科学 学号： 姓名：廖敏摘要：本文介绍了活性炭中粉末活性炭、活性炭纤维（ACF）、粒状生物活性炭( GBAC) 等在废水处理中的应用。与此同时，根据活性炭再生方法的经济性，通过介绍活性炭再生技术的方法及微波诱导氧化处理有机废水，粘土、活性炭、二氧化钛复合陶瓷球降解燃料废水两种方法实例，展望了活性炭在废水处理中的前景。关键词：粉末活性炭;活性炭纤维;粒状生物活性炭;废水处理;应用;再生;前景展望1、导言活性炭具有高度发达的孔隙结构和极大的比表面积，对分子较强的吸附性和催化性能，原料充足且安全性高，耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点，是一种环

2、境友好型吸附剂。活性炭在废水处理方面的主要优点是处理程度高、出水水质稳定。与其他方法配合使用可获得质量很高的出水水质，甚至达到饮用水标准。(1)将溶质聚集在固体表面的作用叫吸附作用, 固体内部的分子被相同分子所包围, 分子间的力是平衡的, 而固体表面, 分子间的力是不平衡的。这样, 它就有足够的强度去捕捉液体中的分子, 这种现象就叫物理吸附。活性炭与含有可溶性有机物的水接触时, 就可以通过吸附作用将这些物质除去。无论是在技术上，还是在应用范围及处理规模上,活性炭吸附法处理废水工艺都取得了很大发展。与此同时，活性炭的消耗量也迅速增加,截至1997 年底,世界活性炭消耗量达65 万t ；而到200

3、4 年,已经超过70万t ，并以每年15 %的速度递增。在活性炭的应用过程中产生的大量废碳如不进行处理并回收利用，不仅会造成资源的浪费,还会对环境造成二次污染。因此，无论从经济效益还是从环保角度考虑,选择合适的活性炭再生技术都很有必要。（2）2. 活性炭在废水处理中的应用难降解有机物单元的处理方法有多种:：反渗透法、化学氧化法、吸附法等, 其中, 活性炭吸附已被证明是实用、可靠而又经济的方法。使用活性炭时通常要采用如下必要措施：(1) 预处理。为保证活性炭发挥正常吸附性能、水中悬浮物等尽可能减少, 需要预处理。( 2) 选择合适的吸附器设计参数。选择吸附器形状, 确定接触时间, 选择适当滤速。

4、(3)确定失效碳的再生方案。（3）2.1粉末活性炭强化SBR法处理有机化工废水序批式活性污泥法( Sequencing Batch Reactor) 简称SBR, 是传统活性污泥法的一种变形, 它的反应机制以及污染物质的去除处理机制和传统活性污泥法基本相同。工艺具有工艺流程简单、处理效果稳定、占地面积小、耐冲击负荷力强和具有除磷、脱氮能力等优点。但由于SBR 工艺的间歇周期运行, 反应器中DO、有机物浓度随时间不断变化, 处于这种周期性变化环境中的微生物对有机物的降解机理、反应动力学以及工程应用中的设计、控制等更加复杂。粉末炭- 活性污泥法(PAC)是对于现有SBR工艺是一种简单易行、灵活高效

5、的改进方法。PAC法是在现有的活性污泥处理系统中投入粉末炭, 以提高处理能力。因微生物分泌的酶被富集到活性炭表面, 从而有效地使有机物氧化分解, 一些降解速度慢的溶解性有机物由于被活性炭所吸附, 延长了在系统中的停留时间, 因而不致穿透出系统。在实际工程中,有机工业废水水质、水量变动幅度较大,经常含有毒害性物质,采用常规SBR工艺容易出现污泥膨胀。 李玉华,任刚在对PAC (粉末活性炭)的吸附特性进行考察的基础上，采用粉末活性炭强化的SBR工艺对原有SBR工艺进行强化,通过实际运行结果表明, CODcr去除率达9012% 9815% ,BOD5 去除率达9118%9814% ,NH3 - N去

6、除率达8314% 9418% ,各项处理效果均优于SBR工艺。通过对比PAC - SBR工艺对CODcr、BOD5 去除效果的改善作用,在一定程度上可以说明微生物与PAC存在相互加强的关系是PAC - SBR工艺对有机物去除的改善作用机理。此外污泥性能得到改善,有效避免了污泥膨胀、泡沫等异常现象的发生，因此对于现有的SBR工艺是一种简单易行、灵活高效的改进方法。该法能有效消除低温的不良影响, 大大减少池中的泡沫、改善沉淀性。其典型工艺流程示意图如图1 所示。图1 粉末炭活性污泥法工艺流程示意图2.2 粒状生物活性炭( GBAC) 在生活污水处理中的应用生物活性炭法是将微生物降解污染物的作用与活

7、性炭的吸收作用结合来处理废水。它包括生物降解与活性炭吸附两个过程,既延长了活性炭的吸附饱和时间,又强化了活性炭的吸附处理效果，因而受到广泛的关注。目前,世界上许多国家都已经采用这一新技术,尤其在欧美国家更为广泛 。我国也有企业使用这一技术,如北京某毛纺厂就采用生物活性炭处理染料废水。生物活性炭对有机污染物的去除中,起主要作用的是微生物的降解作用,活性炭只是作为供微生物繁殖和栖息的生物载体。施红、吴云海等通过探讨利用粒状生物活性炭( GBAC)对人工废水CODMn处理的效果，发现GBAC对CODMn都有很高的去除率，且随着炭层高度的增长,生物活性炭对CODMn的去除率也越大2.3 活性炭纤维（A

8、CF）在废水处理中的应用 活性炭纤维(ACF) 是继粉状活性炭( PAC) 和颗粒活性炭( GAC) 之后的第三代活性炭产品，是20世纪70 年代后期发展起来的一种高效活性吸附材料和环保工程材料。ACF 用于水的净化处理具有吸附容量大、吸附速度快、脱附速度快、灰分少、处理量大且使用时间长的优点。将ACF 用于环保工程中，其操作安全,由于体积密度小和吸脱层薄,不会造成蓄热和过热现象,也不易发生事故，节能和经济，可用于大型上水、净水处理，不仅净化效率高，而且处理量大，装置紧凑，占地面积小，设备投资小和效益高。ACF适用于各种有机废水的处理。可对含氯废水、制药厂废水、有机染料废水、造纸黑液、苯酚废水

9、、四苯废水、己内酰胺废水、二甲基乙酰胺和异丁醇废水进行处理。其吸附能力比粉状活性炭的吸附能力高得多,尤其适用于高平衡浓度时,每克ACF的吸附量约为粉状活性炭的3 倍。其吸附能力随温度升高而提高。ACF 对金属离子具有较好的吸附还原性能,可吸附水中的银、铂、汞、铁等多种离子并能够将其还原。研究发现,在碱性条件下，ACF 对Pt ( ) 有很好的还原吸附性能，吸附容量达500mg/ g。3.活性炭在废水处理中的前景展望活性炭吸附技术在废水方面有其独到的优点。国内外实践证明,活性炭再生方法的经济性成为制约该法在环境工程领域更加广泛应用的主要瓶颈。因此,如何选择经济有效的再生方法成为使用活性炭吸附技术

10、的关键所在。活性炭的再生就是用物理或化学方法在不破坏其原有结构的前提下,去除吸附于活性炭微孔的吸附质,恢复其吸附性能,以便重复使用的过程。基于对活性炭的再生进行的大量研究，国内外学者提出了各种活性炭再生工艺技术，如加热再生法、湿式氧化再生法、溶剂再生法、电化学再生法、超临界流体再生法、微波辐照再生法等。这些方法各有其特点和使用范围，应根据实际使用对象进行比选，确定经济有效的方法。3.1 活性炭吸附微波诱导氧化处理有机废水微波辐照再生活性炭是用微波产生高温，使活性炭上的有机污染物炭化、活化，恢复其吸附能力。微波加热可使有机污染物克服范德华引力开始脱附，着微波能量的聚集, 在致热和非致热效应的共同

11、作用下，有机污染物一部分燃烧分解放出二氧化碳, 另一部分炭化。张威、王鹏等通过考察颗粒活性炭(GAC,JX2206型果壳炭)对化工废水中有机污染物的吸附行为, 以及微波辐照诱导氧化被吸附的污染物使活性炭再生的规律，发现采用功率为400W的微波辐照2min, 再生后活性炭的碘值可以达到900mg·g- 1左右。对于吸附量为0140 mgCOD·g- 1的GAC, 利用微波辐照再生可以得到较好的效果。且活性炭在微波辐照下出现快速升温过程, 其干燥效率较高。3.2 粘土、活性炭、二氧化钛复合陶瓷球对燃料废水的降解刘立敏, 张鹏等通过将具有高吸附特性的活性炭和易加工成型的粘土作为T

12、iO2 光催化剂的载体，分别制成粘土/ AC、粘土/ TiO2、粘土/ TiO2/ AC 复合陶瓷球，研究对酸性湖蓝A 染料废水的净化效果，发现： 粘土/ TiO2 复合陶瓷球的光催化降解率较低，而粘土/ AC 复合陶瓷球在多次利用后降解效率下降较大；但粘土/ TiO2/ AC 复合陶瓷球吸附光催化降解后使染料废水变得无色透明，重复利用 50 次仍可使染料降解率达95%以上，并且可解决只以活性炭作为吸附剂饱和后黏度极大、难清理的问题。参考文献：1 谢志刚.刘成伦, 活性炭的制备及其应用进展J,工业水处理,2005,7(25):1017.2 李惠民.邓兵杰.李晨曦,几种活性炭再生方法的特点J ，

13、化工技术与开发,2006, 11(35)：21-25.3 谢崇禹，活性炭吸附在环保中的应用J,煤化工,2006,10(126):3135.4 李玉华.任刚,粉末活性炭强化SBR法处理有机化工废水应用研究J, 哈尔滨工业大学学报,2006,12(12):20942097.5 施红.吴云海,等, 生物活性炭在生活污水处理中的基础研究J,环境污染与防治,2005,11(27):577-579.6 龙向宇.黄种买.伍发元,活性炭纤维在水处理中的应用现状J,电力环境保护,2004 , 20 (1):46-48.7 邓兵杰.曾向东.李惠民,活性炭纤维及其在水处理中的应用J,四川化工,2006(9):47-

14、49.8 翁元声,活性炭再生及新技术研究J ,给水排水,2004 ,30 (1) :862911.9 江霞，等,微波改性活性炭的吸附性能J环境污染治理技术与设备，2004,5(1):43-46.10 吴奕, 活性炭的再生方法J,化工生产与技术,2005, 12 (1) 2023.11 张威.王鹏.赵姗姗, 活性炭吸附-微波诱导氧化处理有机废水J,2007,1(26):27-30.12 刘立敏.张鹏.徐瑞芬, 粘土、活性炭、二氧化钛符合陶瓷球对燃料废水的降解J,水处理技术,2007,4(33)：11-13.13Parag R Gogate. A review of imperative tech

15、nologies for wastewatertreatment I:oxidation technologies at ambient conditions J.Advances in Environmental Research,2004,8:501-551.14Marc Pera-Titusa. Degradation of chlorophenols by means of advancedoxidation processes:a general review J . Applied CatalysisB: Environmental,2004,47:219-C256.15Sixto Malato .Applied studies in solar photocatalytic detoxi .cation : an overview J . Solar Energy, 2003