活性炭去除水中的余氯和有機(jī)物

    目前除去水中余氯和有機(jī)物的主要方法之一就是采用活性炭吸附處理工藝。活性炭是由多種含碳原料經(jīng)脫水、炭化、活化、篩分加工制成。制造活性炭的原料包括木材、褐煤、泥煤、硬果殼、甘蔗渣、鋸末、動(dòng)物骨頭及石油殘?jiān)?/p>

    1)物理性質(zhì)

    活性炭具有不規(guī)則的結(jié)晶或無(wú)定形結(jié)構(gòu)?；钚蕴坎粌H吸附能力強(qiáng)，而且吸附容量大，其主要原因就是它的多孔結(jié)構(gòu)，比表面積可達(dá)到500～1500m2/g。這是由于活性炭在制造過(guò)程中，一些揮發(fā)性有機(jī)物去除以后，在活性炭粒中形成形狀和大小不同的細(xì)孔，這些細(xì)孔的構(gòu)造和分布與活性炭的原料、活化方法和活化條件等因素有關(guān)。

    2)化學(xué)性質(zhì)

    活性炭在制造過(guò)程中有多種表面氧化物生成。這些表面氧化物一般帶有羥基、羧基、羰基等含氧官能團(tuán)，使得活性炭表面帶有微量電荷，表現(xiàn)出一定的選擇性吸附特征?；钚蕴勘砻嫠鶐У暮豕倌軋F(tuán)和電荷的量隨原料組成、活化條件不同而異。低溫活化（<500℃）的炭可以生成表面呈酸性氧化物，水解后放出H+，使炭表面帶有負(fù)電荷；高溫活化（800～1000℃）的炭可以生成表面堿性氧化物，水解后放出OH-，使炭表面帶有正電荷。

    3）活性炭的理化性能

    活性炭用作吸附處理時(shí)，表征其理化性能的技術(shù)指標(biāo)有粒度、視密度、亞甲基藍(lán)脫色力、碘吸附值。其中碘吸附值的含義是指在濃度為0.1mmol/L的碘溶液50mL中，加入活性炭0.5g左右，震蕩5min，測(cè)定剩余碘計(jì)算單位活性炭吸附碘的毫克數(shù)，單位為mg/g。

    影響活性炭吸附性能的因素：

    因活性炭對(duì)水中有機(jī)物的吸附量與很多因素有關(guān)，去除率在20%～80%之間，差別很大。

    1)活性炭的結(jié)構(gòu)及特性

    活性炭的孔徑、空容分布及比表面積影響吸附容量。因活性炭吸附有機(jī)物主要在微孔中進(jìn)行，微孔所占空容和表面積的比例愈大，吸附容量愈大。由于活性炭表面帶微弱的電荷，水中極性溶質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)活性炭表面的活性位置，導(dǎo)致活性炭對(duì)非極性溶質(zhì)的吸附量降低，而對(duì)某些金屬離子產(chǎn)生離子交換吸附或絡(luò)合反應(yīng)。

    2)被吸附有機(jī)物的性質(zhì)

    a、分子結(jié)構(gòu)和表面張力

    通常，芳香族有機(jī)物比脂肪族有機(jī)物易被活性炭吸附；越是能降低溶液表面張力的有機(jī)物越容易被活性炭吸附。

    b、有機(jī)物的分子量

    一般水中有機(jī)物的分子量增加，吸附量也增加。但也有出現(xiàn)隨分子量的增大，吸附速度降低的現(xiàn)象。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹，當(dāng)活性炭微孔大小為有機(jī)物分子的3～6時(shí)能夠有效地吸附，但是由于分子篩的作用而使擴(kuò)散阻力增加，吸附速度就降低。有試驗(yàn)結(jié)果證明，經(jīng)二級(jí)處理后的污水中低分子量的有機(jī)物更容易被吸附除去，分子量超過(guò)1500時(shí)則吸附速度顯著降低。

    c、有機(jī)物的溶解度

    活性炭在本質(zhì)上是一種疏水性物質(zhì)，因此被吸附有機(jī)物的疏水性愈強(qiáng)愈易被吸附。換言之，在水中溶解度愈小的有機(jī)物愈易被活性炭吸附。

    3)影響活性炭吸附的因素

    a、水中有機(jī)物的濃度

    大多數(shù)的有機(jī)物在濃度和吸附量之間存在特定的關(guān)系，而且一般是濃度增加吸附量按指數(shù)關(guān)系增加。但也有例外，例如對(duì)ABS（烷基苯磺酸）的吸附，濃度改變對(duì)吸附量基本無(wú)影響。

    b、pH值

    在多數(shù)情況下，先把水的pH值降低到2～3，然后再進(jìn)行活性炭吸附往往可以提高有機(jī)物的去除率。這是因?yàn)樗械挠袡C(jī)酸在低pH值下電離的比例較小，為活性炭提供了容易吸附的條件。

    c、溫度和共存物質(zhì)

    活性炭對(duì)水中有機(jī)物的吸附，溫度的影響可以忽略不計(jì)。一般天然水中存在的無(wú)機(jī)離子對(duì)活性炭吸附有機(jī)物也幾乎沒(méi)有影響。但汞、鉻、鐵等金屬離子含量較高時(shí)，則可能因?yàn)樵诨钚蕴勘砻嫫鸹瘜W(xué)反應(yīng)并生成沉淀、積累在炭粒內(nèi)，使活性炭的孔徑變小，影響活性炭的吸附效果。

    d、接觸時(shí)間

    因?yàn)槲绞且合嘀械奈劫|(zhì)向固相表面的一個(gè)轉(zhuǎn)移過(guò)程，所以吸附質(zhì)與吸附劑之間需要一定的接觸時(shí)間，才能使吸附劑發(fā)揮最大的吸附能力。在處理水量一定的情況下，增加接觸時(shí)間，意味著增加設(shè)備或增大設(shè)備，而且接觸時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)，吸附量的增加并不明顯。因此，一般設(shè)計(jì)時(shí)接觸時(shí)間按20～30min考慮。

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