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第一節(jié) 活性炭吸附技術應用概況及發(fā)展趨勢
　　一、活性炭吸附技術的發(fā)展沿革
　　 1．活性炭吸附技術應用于水處理的概況
　　第一次世界大戰(zhàn)期間，出現了裝有活性炭的防毒面具，隨后，活性炭技術得到發(fā)展并應用到空氣凈化和液相中污染物的吸附以及其他許多領域。20世紀30年代初期，已有液相吸附的炭濾器問世(如具湖、密執(zhí)安、敦提等城市)，但是直到50年代末期也還沒有得到廣泛的應用。60年代以來，活性炭技術方面的研究和應用頗為廣泛，活性炭吸附法在溶液回收、脫色脫臭、大氣污染控制以及工業(yè)廢水處理，城市下水處理等方面的應用在不斷增加。20世紀80年代活性炭的主要用途，一是水處理、二是空氣凈化、三是回收烴類，總的來說是屬于環(huán)境保護方面的。事實就是這樣，隨著有機污染物種類的增多，水體被污染的程度和范圍愈來愈大，不得不嚴格控制其排放；同時，工業(yè)用水的增多和水資源的不足，都迫切需要將廢水回收利用。因此，近年來人們已認識到活性炭吸附法作為高級凈化(三級處理)應用于廢水處理和吸附操作的實用價值。　　就水處理而言，吸附法與其他處理方法相比，最大的特點是可以用來去除水中微生物、難于降解或用一般的氧化法不能分解的溶解性有機物�？捎米鑫絼┑牟牧虾芏啵缁钚蕴�、漂塵、活性白土、硅藻土、焦炭、木屑、煤、煤渣等。實踐證明，活性炭是用于水和廢水處理較為理想的一種吸附劑，研究活性炭用于水和廢水處理已有數十年的歷史。近20年來，由于活性炭的再生問題得到了較為滿意的解決，同時，活性炭的制造成本也有了降低，活性炭吸附技術在國內外才逐漸推廣使用，目前使用最多的是三級廢水處理和給水除嗅。20世紀60年代初，歐美各國開始大量使用活性炭吸附法處理城市飲用水和工業(yè)廢水，到目前已成為城市污水和工業(yè)廢水深度處理以及污染水源凈化的有效手段。我國20世紀60年代已將活性炭用于二硫化碳廢水處理，自70年代初以來，粒狀活性炭處理工業(yè)廢水，不論在技術上，還是在應用范圍和處理規(guī)模上都發(fā)展很快，在煉油廢水、炸藥廢水、印染廢水、化工廢水、電鍍廢水等處理卜都已在生產上形成較大規(guī)模的應用，并取得了滿意的效果。
　　 2．活性炭在水和廢水處理中的應用
　　活性炭有不同的形態(tài)(粒狀、粉狀、布、氈、成型體等)，目前在水處理上仍以粒狀和粉狀兩種為主。粉狀炭／n于間歇吸附，即按一定的比例，把粉狀炭加到被處理的水中，混合均勻，藉沉淀或過濾將炭、水分離，這種方法也稱為靜態(tài)吸附。粒狀炭用于連續(xù)吸附，被處理的水通過炭吸附床，使水得到凈化，這種方法在形式上與固定床完全一樣，也稱為動態(tài)吸附。
　　能被活性炭吸附的物質很多，包括有機的或無機的，離子型的或非離子型的，此外，活性炭的表面還能起催化作用，所以可用于許多不同的場合。
　　活性炭對水中溶解性的有機物有很強的吸附能力，對去除水中絕大部分有機污染物質都
第77頁有效果，如酚和苯類化合物、石油及其產品(殺蟲劑、殺菌劑、洗滌劑、合成染料、胺類化合物)以及其他許多的人工合成的有機物。水中有些有機污染物質難于用�；蜓趸ㄈコ妆换钚蕴课�。由于活性炭吸附處理的成本比其他一般處理方法要高，所以平水中有機物的濃度較高時，應采用其他較為經濟的方法先將有機物的含量降低到一定程度再行處理。在廢水處理中，通常是將活性炭吸附工藝放在生化處理的后面，稱為活性炭三級廢水處理，進一步減少廢水中有機物的含量，去除那些微生物不易分解的污染物，使經過活性炭處理后的水能達到排放標準的要求，或使處理后的水能回到生產工藝中重復使用，達到生產用水封閉循環(huán)的目的�；钼硖课接袡C物的能力是十分大的，在三級廢水處理中，每克活性炭吸附的(：OD可達到本身質量的百分之幾十。在廢水處理廠中增加了三級廢水處理能使BOD的去除效果達到95％�；钚蕴恳晕锢砦降男问饺コ械挠袡C物，吸附前后被吸附的性質并未變化，如果能采用適當的解吸方法，還能回收水中有價值的物質。
　　如果把粉狀炭投入曝氣設備中，炭粉與微生物形成了一種凝聚體，可使處理效果超過一般的二級塵物處理法，出水水質接近于三級處理。此外，還能使活性炭污泥變得縝密和結實，降低出水渾濁度，提高二級處理的水力負荷。粉狀炭可以間斷地加入，對于現有的二級處理廠可在不增加三級處理投資的情況下，提高處理效果。
　　活忭炭可用來去除水中濃度極低的污染物，故可用來去除自來水中的嗅味和微量有害物質。粒狀活性炭(GAC)足去除水中有機物、嗅，特別是合成有機物(SOC)的有效手段，美國環(huán)保署(USEPA)飲用水標準的64項有機污染物指標中，有51項將GAC列為最可行的技術(BAT)。因此，進一步的研究應著眼于如何更有效地利用GAC。
　　有機物分子與炭表面間的化學作用有可能相當顯著，甚至超過物理作用，這種相互作用是三個因子的函數：目標分子的分子結構、活性炭的表面化學性質、溶液化學性質。其中，下面幾條值得注意。
　　 ①活性炭對相對分子質量在500以內的有機物去除率不高，這主要是因為這些小分子多是親水性強的物質，如低分子的醇類、酮類、醛類、羧酸類、糖類以及低分子的脂肪類等都是難以被活性炭吸附的物質。同時，由于“空間位阻”，活性炭難以吸附高分子量的物質，如膠體、大分子腐殖質等。
　　 ②活忭炭對相對分子質量在500～1000范圍內的有機物有較高的去除率，它們一般都是憎水性強的物質，如芳香溶劑類的苯、甲苯，硝基苯，氯化芳烴類的氯苯、氟萘、多氯聯苯等，酚類，氯粉．多核芳香烴，胺類，農藥，除草劑，合成洗滌劑，合成染料等。有些憚水性強、分子量較大的物質也可以被活性炭吸附，如石油及石油制品、分子量不太大的腐殖質等。
　　 ③活性炭對·FHMs(三鹵甲烷)、HAAs(羥基酰胺)等“三致”物質有較好的去除能力，并月。具有較強的吸附選扦性和長效吸附性，因為活性炭對TOC吸附近飽和時仍能顯著地去除水中Ames試驗呈陽性的物質。
　　 ④活性炭的吸附性能隨著運行時間延長而下降，所以活性炭吸附在水處理中可以作為傳統(tǒng)處理過程的補充，放在其他處理單元之后，這樣，既可以延長活性炭的運行周期，又利于發(fā)揮它對二致類活性物質的長期和有效的去除能力。在預氯化處理工藝中，應以HAAs的去除作為活性炭再生周期的主要依據，因為HAAs的致癌能力是THMs的22倍，且活忭炭對HAAs的去除率更高。

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