粉末活性炭應用于突發性水污染處理的探討

籍繼花

水是生命的源泉，沒有水就沒有生命，隨著經濟的發展，城市規模的不斷擴大，各類工業廢棄物和城市垃圾的持續增多，對生活用水安全造成了嚴重威脅，突發性水污染事故時有發生。目前城市凈水工藝普遍不具備應對水源突發性污染的處理能力。因此提高凈水廠的應急處理能力是保障城市安全供水的必然要求。

其中采用粉末活性炭吸附是一種非常重要和經常使用的應急處理措施之一。但粉末活性炭并非對所有的有機污染物都適用，并且針對不同的污染物，在不同的生產條件下，粉末活性炭的吸附性能有所不同，下文主要針對粉末活性炭的吸附特性、影響因素、如何正確使用等幾個方面加以論述。

1 活性炭對污染物的理論吸附特性

1)活性炭的非極性吸附理論。活性炭是一種多孔隙、非極性的吸附劑，具有巨大的表面積(800 m2/g～1 300 m2/g)，其吸附作用主要來源于物理表面吸附作用，如范得華力等。活性炭對非極性、弱極性和水溶性差的有機物有較好的吸附能力，對于較強極性和水溶性較好的有機物，吸附能力較差。

2)活性炭的直徑限制吸附理論。活性炭的直徑限制吸附理論主要指兩個方面:a.吸附作用主要發生在微孔中，即孔隙直徑小于4 nm的孔。一般活性炭表面積占活性炭總表面積的95%以上，因此活性炭與其他吸附劑相比，具有微孔特別發達的特征。b.吸附質分子大小與其孔隙大小存在匹配問題。

對于液相吸附其最佳吸附范圍內活性炭中起吸附作用的孔直徑(D)與吸附質分子直徑(d)之比D/d=1.7～6。D=1.7d的孔是活性炭中對該吸附質起作用的最小的孔，對于分子量M=1 000的有機物，其平均分子直徑約為1.3 nm。由此可以推斷被活性炭吸附的主要物質為分子量小于1 000的物質。

2 活性炭的實驗吸附特性

表1 芳香族化合物的粉末活性炭吸附去除可行性研究測試數據

粉末活性炭對不同的污染物體現出不同的吸附特性，按照結構和來源，一般把有機物分為芳香族類、農藥類、氯代烴、消毒副產物類和人工合成有機物五類。對粉末活性炭吸附性能的可行性研究試驗是在去離子水條件下，用20 mg/L的粉末活性炭吸附2 h后的去除效果，去除率在70%～90%之間為可行且效果較好;去除率在50%～70%之間為可行但效果一般;投炭量偏大，去除效率小于50%為不可行。表1～表4分別為部分芳香族類、農藥類、氯代烴、消毒副產物類和人工合成有機物類的粉末活性炭吸附去除可行性研究測試數據。

表2 農藥的粉末活性炭吸附去除可行性研究測試數據

表3 氯代脂肪烴的粉末活性炭吸附去除可行性研究測試數據

表4 主要消毒副產物和人工合成有機物的粉末活性炭吸附去除可行性研究測試數據

3 使用粉末活性炭需注意的問題

3.1 確定粉末活性炭是否適用

因為粉末活性炭對不同的物質體現出不同的吸附特性，因此首先需要確定水中所含有污染物的種類。當水中污染物為醇類，低分子的酮、酸、醛、糖類，分子量大于2 000的高分子有機物，低分子脂肪類有機物，部分氯代脂肪烴如:氯乙烯、二氯甲烷、1，2二氯乙烷，消毒副產物如:三氯甲烷、二氯乙酸、三氯乙酸等時，因為平衡濃度高、平衡時間長、投加量太大而應避免采用活性炭應急處理。

3.2 測定活性炭的吸附參數

針對不同的污染物，粉末活性炭的吸附容量、平衡濃度、吸附時間都不同，因此在應急處理時需要測定吸附參數。

1)吸附容量。在一定溫度條件下，活性炭的吸附容量，即達到飽和時，單位質量活性炭上的吸附污染物的質量，與吸附飽和時污染物的濃度存在一定的關系，其中弗蘭德里希吸附等溫吸附比較符合水處理的吸附現狀，在水處理工程中應用最廣泛。平衡時間可以為120 min，也可以根據工藝實際活性炭的停留時間進行選取，活性炭投加量 Ct分別為5 mg/L，10 mg/L，15 mg/L，20 mg/L，50 mg/L。而且由于水中存在多種污染物時，存在競爭吸附的現象，因此實際處理所需的粉末炭投加量大于用單一物質純水配水試驗所得的結果，因此不能簡單采用資料中的數據，而應進行吸附試驗。

2)吸附時間。粉末活性炭吸附需要一定的吸附時間，不同的污染物，達到平衡濃度的時間不同，例如同屬于農藥類在超標5倍時，投加粉末活性炭10 mg/L，滴滴涕吸附時間為30 min就可以去除90%以上，而敵敵畏吸附時間為30 min時只能去除污染物的30%，一般來講，粉末活性炭的吸附時間通常在30 min以上，一般吸附時間越長，粉末活性炭的吸附能力發揮的越充分，1 h～2 h可以達到基本平衡。對于混凝時間不足的工藝條件限制的情況下，需要加大粉末活性碳的投加量降低平衡濃度，因此應根據相應的時間進行相應的吸附試驗。

3.3 正確選定活性投加點

當取水口距離水廠有一定距離時，投加點應選在取水口，利用原水在管道的輸送時間可以提高活性炭對污染物的吸附程度。當取水口距離水廠很近時，一般在水廠內與混凝劑同時投加，利用混合設備和絮凝設備加強粉末活性炭與污染物的接觸，達到吸附去除污染物的效果。

在水廠內投加時，要考慮混凝劑形成的礬花對粉末活性炭吸附的傳質影響，經試驗即使沒有明顯的影響，但由于受到混凝工藝的限制，總的吸附時間一般在0.5 h之內，雖然處于粉末活性炭的“主要吸附作用期”，但由于之后礬花將其包裹沉降與水流主體分離，難以繼續發揮吸附能力，最終只發揮了吸附能力的60%～80%。因此如果條件限制只能在水廠中投加粉末活性炭，需根據實際條件適當增加投加量。

4 粉末活性炭的其他應用

單獨使用粉末活性炭的吸附作用可以減少水中有機物的含量，另外采用高錳酸鉀+粉末活性炭，氣浮+粉末活性炭還可除藻和藻毒素，因此粉末活性炭與其他方式聯合使用于飲用水的應急處理也是水處理的研究課題和方向之一。

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