活性炭去除水中的余氯和有機物

    目前除去水中余氯和有機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、動物骨頭及石油殘渣。

    1)物理性質(zhì)

    活性炭具有不規(guī)則的結(jié)晶或無定形結(jié)構(gòu)。活性炭不僅吸附能力強，而且吸附容量大，其主要原因就是它的多孔結(jié)構(gòu)，比表面積可達到500～1500m2/g。這是由于活性炭在制造過程中，一些揮發(fā)性有機物去除以后，在活性炭粒中形成形狀和大小不同的細孔，這些細孔的構(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，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。活性炭表面所帶的含氧官能團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，表征其理化性能的技術(shù)指標(biāo)有粒度、視密度、亞甲基藍脫色力、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，測定剩余碘計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：

    因活性炭對水中有機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。因活性炭吸附有機物主要在微孔中進行，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)競爭活性炭表面的活性位置，導(dǎo)致活性炭對非極性溶質(zhì)的吸附量降低，而對某些金屬離子產(chǎn)生離子交換吸附或絡(luò)合反應(yīng)。

    2)被吸附有機物的性質(zhì)

    a、分子結(jié)構(gòu)和表面張力

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

    b、有機物的分子量

    一般水中有機物的分子量增加，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)文獻介紹，當(dāng)活性炭微孔大小為有機物分子的3～6時能夠有效地吸附，但是由于分子篩的作用而使擴散阻力增加，吸附速度就降低。有試驗結(jié)果證明，經(jīng)二級處理后的污水中低分子量的有機物更容易被吸附除去，分子量超過1500時則吸附速度顯著降低。

    c、有機物的溶解度

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

    3)影響活性炭吸附的因素

    a、水中有機物的濃度

    大多數(shù)的有機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ABS（烷基苯磺酸）的吸附，濃度改變對吸附量基本無影響。

    b、pH值

    在多數(shù)情況下，先把水的pH值降低到2～3，然后再進行活性炭吸附往往可以提高有機物的去除率。這是因為水中的有機酸在低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)

    活性炭對水中有機物的吸附，溫度的影響可以忽略不計。一般天然水中存在的無機離子對活性炭吸附有機物也幾乎沒有影響。但汞、鉻、鐵等金屬離子含量較高時，則可能因為在活性炭表面起化學(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、接觸時間

    因為吸附是液相中的吸附質(zhì)向固相表面的一個轉(zhuǎn)移過程，所以吸附質(zhì)與吸附劑之間需要一定的接觸時間，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，增加接觸時間，意味著增加設(shè)備或增大設(shè)備，而且接觸時間太長時，吸附量的增加并不明顯。因此，一般設(shè)計時接觸時間按20～30min考慮。

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