活性炭在煤氣化廢水處理中的應用

靳樹彬

（內蒙古大唐國際克旗煤制氣公司內蒙古赤峰 025350）

活性炭在煤氣化廢水處理中的應用

靳樹彬

（內蒙古大唐國際克旗煤制氣公司內蒙古赤峰 025350）

活性炭由于自身的大孔、中孔和微孔結構特別是其比表面積大等特點對去除一部分難降解的有機物和某些無機物有一定的作用。本文介紹了活性炭在煤氣化廢水處理中的應用，指出了其工藝特點，闡述了它的諸多優點，并預測了其廣闊的應用前景。

煤氣化廢水；活性炭特性；活性炭吸附；組合工藝

0 前言

活性炭作為水處理工藝中常見的一種材料能有效地去除水中的濁度、以及大部分有機物和某些無機物，活性炭吸附技術已成為電廠化學水處理和城市生活污水、工業廢水深度處理的有效手段。本文簡要介紹活性炭的特性、吸附機理以及分類，介紹活性炭在煤氣化廢水處理中的具體應用和發展，指出其優點和不足并加以預測。

1 活性炭的特性及機理

1.1 活性炭的特性

活性炭是一種含炭的暗黑色物質，具有發達的微孔構造和巨大的比表面積。它化學性質穩定，可耐強酸強堿，具有良好吸附性能，是多孔的疏水性吸附劑，廣泛用于各種水處理工藝中特別是生活污水處理應用較廣。活性炭的制造原料主要是一些含炭性的物質，其制備過程主要包括：干燥—原料在120～130℃下脫水；炭化—加熱溫度在170℃以上時原料中有機物開始分解，到400～500℃炭化完畢；活化—形成微孔，使殘留炭氧化從而微孔擴大形成無定性炭。

1.2 活性炭的吸附及過濾機理

活性炭對水中物質的去除作用是基于活性炭的活性表面和不飽和化學鍵。由于活性炭的表面積很大（500-1500m2/g），加之表面又布滿了平均直徑2-3nm的微孔，所以活性炭具有很高的吸附能力。同時，由于活性炭表面上的碳原子在能量上是不等值的，這些原子含有不飽和鍵，因此具有與外來分子或基團發生化學作用的趨勢，對某些有機物有較強的吸附力。活性炭的極大吸附能力即在于它具有這樣大的吸附面積。活性炭的孔隙大小分布很寬，從10-1nm到104nm以上，一般按孔徑大小分為微孔、過渡孔和大孔。在吸附過程中，真正決定活性炭吸附能力的是微孔結構。活性炭的全部比表面幾乎都是微孔構成的，粗孔和過渡孔只起著吸附通道作用，但它們的存在和分布在相當程度上影響了吸附和脫附速率。

研究表明：在吸附過程中發生溶質由溶劑向活性炭吸附劑表面的質量傳遞，推動力可以是溶質的疏水特性或溶質對吸附劑表面的親和性，或兩者均存在。在水處理中通過活性炭吸附而被去除的物質一般為兼有疏水基團與親水基團的有機化合物。嚴格地說，活性炭吸附是一個很復雜的過程。它是利用活性炭的物理吸附、化學吸附、交換吸附以及氧化、催化氧化和還原等性能去除水中污染物的水處理方法。

3 活性炭在煤氣化廢水處理中的應用

3.1 活性炭吸附和傳統A/O工藝的組合

煤氣化廢水作為一種高濃度、難處理的有機廢水主要的特點是水質的可生化性較差，BOD/COD的值一般小于0.3，傳統的污水處理工藝很大達到較好的處理效果，而通過在A/O工藝中投加活性炭的方法可以很好的達到處理效果主要工藝流程如下：預處理+A/O工藝+活性炭吸附+A/O工藝。本工藝的主要特點是在兩級A/O工藝的中間加入活性炭吸附工藝，活性炭通過其自身的吸附和化學特性吸附了一部分難以降解的有機物，這是由于難降解有機物的分子質量較大帶點負荷高從而增加了其和活性炭的吸附力，而易降解物質的這個力較小。通過這個過程可以提高廢水的可生活性為第二級的A/O工藝創造條件。實驗證明：經過活性炭的吸附后煤氣化廢水的可生化性一般能夠達到0.3以上，而對難降解有機物的去除率也可以達到20%-50%，由于該工藝中活性炭吸附是在第一級A/O工藝之后所以活性炭用量一般不大，能夠達到很好的效果。

3.2 活性炭在煤氣化廢水深度處理中的應用

煤氣化廢水的排放對水質指標要求很高，一般的生化處理法很難達到出水指標要求，要通過進一步的處理才能達標，也就是所謂的深度處理，目前應用較多的廢水深度處理工藝主要有臭氧氧化法、紫外線法、高級氧化法等。而以活性炭為濾料的曝氣生物濾池工藝（BAF）在煤氣化廢水中應用已經達到廣泛的應用，處理效果正在得到專業人士的肯定，主要工藝流程包括：A/O工藝+BAF。

BAF不但能夠發揮過濾的作用還能通過微生物掛膜的方式對煤氣化進行處理，而活性炭作為BAF中過濾和掛膜的主要載體，其空隙多比表面積大吸附能力強等特點為這種工藝提供了很好的材料。曝氣生物濾池常用濾料一般有陶粒、火山巖、鮑爾環、拉西環等濾料，火山巖作為濾料效果很好但資源有限成本較高，而陶粒和其他濾料效果不如活性炭，相比較而言活性炭在BAF的應用中具有一定的優勢，特別是現在新開發的活性焦更具有一定的價格優勢但效果有待檢驗。

3.3 活性炭在煤氣化廢水中的其他應用

活性炭在煤氣化廢水回用水處理方面也有重要的應用，主要應用在回用水工藝超濾、納濾或反滲透等裝置前面的過濾器內，主要去除水中的有機物、懸浮物、游離氯等物質。活性炭還在生物泡沫的消泡上有一定的應用。

4 小結

活性炭吸附在煤氣化廢水處理應用中有一定的效果和優勢，但目前我國的活性炭價格普遍偏高，再生率較低，噸水處理成本很高，從而限制活性炭的廣泛使用。為進一步提高去除有機污染物的效率，改善出水水質，活性炭吸附組合工藝在水處理中得到較好的應用和發展。可以預測：活性炭吸附與其他工藝的組合應用將會是今后處理煤氣化廢水的有效手段。

[1]蘭淑澄.活性炭水處理[M].北京:中國環境科學出版社,1991.

[2]許保玖,龍騰瑞.當代給水與廢水處理原理[M].北京:高等教育出版社,2000.

[3]金熙,項成林,齊冬子.工業水處理技術問答.化學工業出版社,2010.

[4]劉晨光活性炭吸附性在廢水處理中的應用遼寧師專學報.