隨著國(guó)家對(duì)水環(huán)境污染的日益重視，城鎮(zhèn)污水及工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)要求愈發(fā)嚴(yán)格。近幾年大部分生活污水處理廠或工業(yè)污水處理廠面臨提標(biāo)改造的新形勢(shì)，排放標(biāo)準(zhǔn)由傳統(tǒng)城鎮(zhèn)污水排放一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)提升至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家重點(diǎn)江湖海河流域周邊則要求提標(biāo)至準(zhǔn)地表IV類水質(zhì)或是更高標(biāo)準(zhǔn)。
活性炭這種新型材料，因擁有特殊的多孔結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積，能夠有效吸附水體中的各類污染物，所以廣泛應(yīng)用于水處理行業(yè)。但因?yàn)榛钚蕴績(jī)r(jià)格一般比較昂貴，孔隙率有限，水體中的污染物很容易吸附于活性炭中，造成活性炭快速飽和。所以活性炭較少應(yīng)用于污水處理行業(yè)的預(yù)處理階段，而是更多的應(yīng)用于深度處理階段。本文以某污水廠深度處理中活性炭使用案例來介紹活性炭的原理及其在水處理行業(yè)應(yīng)用。
一、活性炭特征及作用原理
活性炭是一種黑色多孔固體炭質(zhì)，包含粉末、顆粒、塊狀、蜂窩或晶體等多種形式。因具有特殊且豐富的多孔結(jié)構(gòu)，自身具備強(qiáng)有力的吸附功能。
該種吸附功能主要分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是指活性炭利用其自身微孔或孔隙結(jié)構(gòu)，將水和空氣中分子直徑小于活性炭孔隙直徑的雜質(zhì)吸入其中?；瘜W(xué)吸附是指活性炭因表面雜原子、化學(xué)官能團(tuán)、化合物等與被吸附物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而產(chǎn)生化學(xué)吸附。在上述兩種吸附方式的共同作用下，活性炭能夠充分吸附污水中的重金屬離子、各類雜質(zhì)和污染物等，實(shí)現(xiàn)較好的水處理效果，從而廣泛應(yīng)用于水處理行業(yè)。
二、活性炭在污水處理廠深度處理中的應(yīng)用
2.1 項(xiàng)目概況及活性炭應(yīng)用
江西省某工業(yè)園區(qū)污水處理廠，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為12500m3/d，原主體工藝一期為SBR+氣??；二期為BDP+斜管沉淀，出水排放執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)?shù)卣碍h(huán)保部門要求岀水標(biāo)準(zhǔn)需由一級(jí)B提升至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。故該污水廠在原主體工藝后增加深度處理單元，其深度處理工藝為“微砂加炭高效沉淀池+反硝化深床濾池”進(jìn)一步去除SS、TP、COD、TN等指標(biāo)。深度處理中主要污染物指標(biāo)去除率設(shè)計(jì)如表1所示。
活性炭主要應(yīng)用于本污水廠微砂加炭高效沉淀池中，該池體分為接觸池+混凝池+絮凝池+斜板沉淀四個(gè)部分，工作原理是通過在各功能池內(nèi)分別投加活性炭、混凝劑、絮凝劑及微砂，污水與其充分混合反應(yīng)，生成的絮體經(jīng)斜板沉淀后得到澄清出水，污水中的COD、SS和TP等污染物得到進(jìn)一步去除?；钚蕴烤唧w投加于接觸池，通過快速攪拌混合與污水中污染物充分接觸，利用活性炭物理吸附作用，將難降解的溶解性COD吸附去除，隨后同斜板池污泥混合物一同排至后續(xù)污泥脫水單元。該工程配備活性炭?jī)?chǔ)罐(有效容積20m3)和活性炭制備池(1用1備，單池有效容積10m3)。固體活性炭經(jīng)由罐車輸送至活性炭?jī)?chǔ)罐，再由螺旋輸送定量投加到活性炭制備池，加入一定量自來水，進(jìn)行攪拌，制備成濃度為1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的活性炭溶液，然后由投加泵將活性炭溶液投加到接觸池。
活性炭的投加量可根據(jù)進(jìn)水流量、活性炭投加率及活性炭溶液制備濃度計(jì)算得出，其計(jì)算公式如下：
公式中活性炭投加率又與進(jìn)出水水質(zhì)、水溫、活性炭品質(zhì)等均有關(guān)聯(lián)，按照本工程設(shè)計(jì)高效沉淀池出水COD濃度應(yīng)從進(jìn)水60mg/L降低至45mg/L，其理論活性炭投加率約為100g/m3。
2.2 活性炭選型燒杯試驗(yàn)
本工程建議選用的活性炭基本參數(shù)為：固體粉末，粒徑<75um，碘值〉1050，灰分<5%。由于每種活性炭自身孔隙直徑、比表面積的差異，以及污水中特征污染物的不同，所以即使擬用的活性炭均滿足上述基本條件，仍需進(jìn)行燒杯試驗(yàn)，從而篩選岀最適合本污水的活性炭產(chǎn)品。
下面簡(jiǎn)單介紹本工藝的活性炭燒杯試驗(yàn)，具體如下：
(1)試驗(yàn)材料。少量微砂、混凝劑PAC、絮凝劑PAM，活性炭樣品、待測(cè)污水、燒杯、六聯(lián)攪拌器、玻璃棒等。
(2)試驗(yàn)方法。取若干待測(cè)污水，分別裝入4個(gè)燒杯中，每個(gè)燒杯污水量為1L，然后向其分別投加等量微砂。本次試驗(yàn)的活性炭產(chǎn)品有3種，為其編號(hào)1~3號(hào)。燒杯編號(hào)對(duì)應(yīng)1~3號(hào)和0號(hào)。0號(hào)為空白樣品(不加活性炭)。在1~3號(hào)燒杯中分別投加100mg活性炭，攪拌15min，然后在0〜3號(hào)燒杯中分別加入0.2mL(濃度5%)PAC、攪拌3min；加入1.5mL(濃度0.1%)PAM攪拌10min。最后沉淀10min后取上清液分別測(cè)定其COD值和TP值。
(3)試驗(yàn)結(jié)果。從表2試驗(yàn)結(jié)果來看，活性炭樣品1對(duì)污水中的COD去除率最高，所以優(yōu)先選用1號(hào)產(chǎn)品。本次試驗(yàn)同時(shí)還測(cè)定了活性炭投加前后上清液總磷的數(shù)據(jù)，這是因?yàn)椴糠只钚蕴慨a(chǎn)品是使用磷酸法制備而來，可能會(huì)含有少量磷酸鹽，溶解到水中后會(huì)導(dǎo)致總磷升高。本次試驗(yàn)測(cè)得活性炭樣品卜3號(hào)投加前后總磷數(shù)據(jù)，均未有上升趨勢(shì)，符合試驗(yàn)要求。
三、活性炭改性研究進(jìn)展
為提高活性炭對(duì)不同水體污染物的吸附能力，近幾年關(guān)于活性炭改性技術(shù)的研究也日益發(fā)展。
通過對(duì)活性炭表面物理結(jié)構(gòu)的改性，如增加比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)比例，調(diào)整孔徑大小、使其與被吸附顆粒物孔徑相當(dāng)?shù)确绞剑瑥亩纳苹钚蕴坎牧系奈锢砦侥芰?。一般可用浸漬覆蓋法氣相熱解、熱收縮法等物理方法實(shí)現(xiàn)。另外也可對(duì)活性炭表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改性，通過豐富活性炭上的化學(xué)官能團(tuán)，從而增加活性吸附點(diǎn)位或使其對(duì)吸附質(zhì)產(chǎn)生特殊的吸附能力。常用方法有：表面還原改性、表面氧化改性、負(fù)載金屬改性等。
水體環(huán)境中污染物繁雜，想要利用活性炭進(jìn)一步去除大部分污染物，還需對(duì)污染物及活性炭之間的作用關(guān)系進(jìn)行深入研究，從而針對(duì)性地選擇活性炭改性方法，增加其吸附種類及吸附能力。
四、結(jié)語
活性炭因其強(qiáng)大的吸附功能廣泛應(yīng)用于水處理行業(yè)，本文提及的僅為活性炭在深度處理中物理吸附作用的案例，針對(duì)各類較難處理的印染廢水、化工廢水，可以考慮對(duì)活性炭進(jìn)行相應(yīng)改性，使其發(fā)揮化學(xué)吸附效應(yīng)，從而去除難降解物質(zhì)?；钚蕴康母男匝芯吭诟黝愲y處理廢水領(lǐng)域中具有一定應(yīng)用前景。由于活性炭?jī)r(jià)格普遍較高，所以研究如何收集回收水中已飽和的活性炭，并進(jìn)行加工循環(huán)利用，對(duì)于己采用活性炭投加工藝的污水處理廠具有重要意義。( >
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