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上水的活性炭处理应用
发布时间:2020-12-02 浏览:

水处理分为上水处理和下水处理:上水通常指生活用水、工业用水、纯水等经过人工处理后使用的水;下水通常指生活污水、工业污水等。

水中的污染物大致分为无机污染物和有机污染物两类。无机污染物主要是重金属,如铬、铅、汞等以及氰化物和放射性物质。有机污染物主要指耗氧有机物(BOD、COD)、酚类有机物、含磷和含氮有机物。今天,小编带大家主要了解下上水的活性炭处理应用。

上水的活性炭处理

1.自来水厂的深度处理

由于有些地面水源水质变差和饮用水水质的要求提高,在常规的水处理基础上,自来水厂的处理工艺都向深度处理发展,活性炭因其强吸附性能而应用于自来水的深度处理,很多国家的水厂都采用了此项工艺,例如早在法国的Mery Snoisee水厂、莫桑水厂,英国低色度水慢滤工艺水厂,瑞士苏黎世水厂,德国的Mulheim-Ruhr水厂等工艺流程中都有活性炭处理工序。

20世纪60年代以前,臭氧氧化法被当作与加氯消毒相应的一种消毒方法。后来发现在水厂采用氯消毒时,会造成氯与水中有机物形成三氯甲烷的危害。然而研究表明,用臭氧氧化法时,当臭氧量不足会产生对人体有害的诱变剂和致癌物。国际上较普遍采用臭氧技术,广泛应用此技术的当属法国。投加臭氧的位置有两种,一种是在滤池之后,主要作消毒剂使用;另一种是在原水中投加一次,在普通滤池之后、活性炭滤池之前再加一次。第一次投加作为消毒剂用,第二次投加起生物活性炭的作用。

我国有些水厂开始应用臭氧与活性炭滤池联合使用的生物活性炭法。实践表明,有如下作用:能去除水中溶解的有机物;能降低UV的吸收值,降低水中总有机碳(total organic carbon,TOC)、化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)及氯的含量;能降低进水中三卤甲烷前体;对色度、铁、锰、酚有去除效果;能使致突变实验(Ames)试验为阳性的水分显阴性。

显然,生物活性炭法是当前去除水中有机物的方法中较为有效的一种深度处理方法,但此法的应用因其耗电量较大等缺点而受到限制。

活性炭用于去除致臭物质,早已有之,而且常常成为较有效的处理方法。1978年美国环境保护局(EPA)曾建议美国的所有城市,当供水人口大于75000人时,给水处理系统都需要使用颗粒活性炭。美国环保委员会为了保护饮水不被苯、甲苯、氯仿等有机物所污染,曾投资150万美元建造了两座活性炭吸附装置,每个吸附塔一次填装颗粒活性炭9t,每天可处理饮水100万加仑(3.78541×106L)。

粉状活性炭有如下几种投加方式:可在沉淀以前投加或者随后在进入快滤池之前投加,这两种投加方式都需要使活性炭有足够长的接触时间;也可分别由两个或更多的投加点投加;也可使用流化床装置。在较大的装置中,可用尘埃控制干加系统投加活性炭,也可用水加炭的炭浆投加,投加量控制在5-50mg/L之间。

粉状活性炭的使用通常是一次性的,虽然粉炭便宜,但如消耗大,则应考虑到经济效益和环保问题,也有必要回收利用。例如有一种氧化法能成功地将活性污泥/粉状活性炭的糊状物予以再生。

粒炭的使用日渐增多,其再生损耗不超过5%。但也有使用强度差、便宜的粒炭,用过的废炭有可能重新加工成为粉炭。粒炭以装在净化工序之后为佳,其好处是:一些有机物质已由混凝和沉淀(澄清)工艺去除,既减轻了活性炭的负担,又延长了操作寿命;降低了活性炭被颗粒状杂质和混凝剂絮体的堵塞程度。

2.去除卤代甲烷

氯仿是由氯和地面水中的天然有机物组成,如腐殖质和灰黄霉素类反应而成。研究证实水中若含有10mg/L的有机物,如单宁酸、腐殖酸、葡萄糖、香草酸、棓酸,则会与10mg/L的氯迅速起氯化反应,在开始的2h内生成约90%的氯仿。饮水中在使用氯作杀菌处理时会带来微量的卤化烃,尤其是三卤甲烷(THM),需要引起重视,因为这些化合物会引发膀胱癌。

考虑到卤化烃对健康的严重危害性,美国曾对30个大城市和11590个城镇的给水进行调查,指出饮用经氯化消毒后的地面水,可能对人体健康造成潜在的危险。国内研究发现,长期饮用加氯消毒的水的人,其死于消化和泌尿系统癌症的危险性更大。

活性炭可去除三卤甲烷,曾用粒状炭试验,在pH=7,温度24℃,接触24h后,对氯仿的吸附量为16.5μg/g,对三溴甲烷的吸附量为185.0μg/g。

3.饮用水的净化

随着水源污染的程度不断加大,可饮用水日渐减少,质量不断下降,引起了世界各国的密切关注,饮用水质的标准也随之不断地进行修改和增订。吕锡武、严煦世在1986年的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-85)的基础上提出“优质饮用水水质准则”建议稿,水质指标有52项,其中34项为GB5749-85中的项目,增加的项目有1,2-二氯乙烷、1,2-二氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烯、五氯酚、2,4,6-三氯酚、艾氏剂-狄氏剂、氯丹、七氯和七氯氧化物、六氯苯、林丹、甲氧DDT、炭氯仿萃取(CCE)和致突变试验(Ames和SOS试验)以及两项口味指标(二氧化碳和温度),并指出至少有26种元素是人体所必需的,其中11种是主要元素,15种为微量元素,应有所考虑。

高质量的饮用水有益于人类的健康,要实现饮用水的高质量,就需要采用先进的水质深度处理技术,但由于饮用水水量仅占城市自来水总量的极少部分,如果采用高成本的水处理工艺,提高城市全部自来水的水质和水价,然后不分用途、水质的使用,显然是不合理,也是不经济的。结合城市自来水使用分配的实际情况,合理的解决方法是:城市水厂继续以常规工艺提供满足一般用途的自来水,居民用户另行采用小型、高效,且能去除致癌、致突变、致畸等污染物的净化装置,以自来水为原料作更深度的加工,保证饮用水的高质量。这样既确保了居民的健康,又在居民经济承受能力范围之内。

深色的水会呈蓝色或绿色,但水样常呈黄色或黄棕色,这可能是由于废水排放或植物分解的残余物造成的;有时会显红绿色,可能由于染料影响,还由于氯加到含有机物的水中会形成三氯甲烷,所以高色度的水含有高浓度的氯化有机物,高色度的水需要使用活性炭降低其色度。

活性炭与其他方法的联用可作为净化饮用水的手段之一。其优点有:对三氯甲烷、农药、异臭味、有机物去除有特效;对细菌、氯、镁、沉淀物能部分去除;对钙、铁、钾等人体有用元素不去除;降低色度;成本不大。在饮用水的处理方法中,一般情况下,离子交换树脂是无法与活性炭相媲美的,如果要达到一定程度的有机物标准时,活性炭和大孔型阴离子交换树脂的联用技术是非常有效的。

反渗透工艺去除有机物能力也很好,因其成本过高而无法推广。超滤虽较便宜,但只是对去除大分子有机物有效,使用范围受到局限。活性炭一般来说是去除特定有机化合物(包括致味、致臭物质等)较廉价的方法。当然活性炭的生产要力争更廉价,力求更广泛使用。

4.管道供应可生饮自来水

管道自来水一般不宜直接生饮,活性炭是可用于管道供应“可生饮”自来水的“装置”。

管道自来水的水质要符合国家饮用水标准,达到欧盟水质要求,其生产要经过四道关:一过微滤关(微滤的孔隙为100nm),二过活性炭关,三过超滤关(超滤孔隙为10nm),部分还要四过纳滤关(纳滤孔隙只有1nm)。经过这四道关后,使大于数百纳米的细菌、寄生虫、微生物等被阻隔而无法过关,而小分子量的矿物质则得以顺利过关。这样去除了自来水中的有害污染物,保留了人体所需的铁、钙、锰、锌等。

5.臭氧-活性炭消毒法

在氯化消毒过程中,可能出现痕量氯仿和其他三卤甲烷等副产品,这些物质具有致癌性,早已引起各方关注。这些痕量物质在受污染原水氧化后被检测出来,也可能由于为去除色度加氯又与水接触时间过长所致,还有像可起三卤甲烷母体作用的腐殖酸及类似有机物等。

从消毒处理的观点出发,通常有两种办法:一是采用其他消毒剂,如不会产生三卤甲烷的二氧化氯、臭氧等;二是将水通过粒状活性炭滤池进行吸附,从而减少三卤甲烷母体作用的有机污染物的含量,还可以应用臭氧氧化和生物活性炭联用的工艺,效果也很好。预臭氧化是将那些不易被吸附的有机物变成易被吸附的和可生物降解的化合物。

一般常用活性炭来去除水中有机污染物,如果将活性炭吸附和臭氧氧化结合使用,有很多好处,例如:

①在活性炭吸附前加臭氧,可以将一些大分子有机污染物氧化为易被活性炭吸附的小分子;

②臭氧通过活性炭滤床,使活性炭上所吸附的有机物氧化分解,起活性炭脱附再生的作用;

③比单独用臭氧法处理水更能降低臭氧的耗用量;

④既能降低有机污染物的含量,又能去除细菌和病毒。

国外许多国家和我国哈尔滨化工区地下水、抚顺洋河水源和天津红旗毛纺厂都采用臭氧-活性炭消毒法,效果良好。

水处理中常以臭氧来杀菌消毒,改善色度、味觉和嗅觉,氧化有机物,加强难降解有机物和天然有机物等的生物降解性,改善絮凝效果等,但存在着臭氧利用率不高,成本高和与有机物反应有较强的选择性等问题,其直接应用有一定的局限性。以活性炭为催化剂,协同臭氧作用便可提高臭氧的利用效率和氧化能力,即将臭氧催化转化为氧化性更强而反应选择性低的羟基自由基。

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