活性炭在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用

　　活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭，具有無數(shù)細(xì)小孔隙，表面積巨大，每克活性炭的表面積為500~1500m2?；钚蕴坑泻軓?qiáng)的物理吸附和化學(xué)吸附功能，與多種化學(xué)物質(zhì)結(jié)合，阻止這些物質(zhì)的吸收。在廢水處理中，活性炭主要用來去除廢水中的微量污染物，以達(dá)到深度凈化的目的。活性炭處理廢水，吸附性能穩(wěn)定，處理效率高，操作費(fèi)用低，有一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　一、活性炭的功用結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)

　　水處理活性炭一般為柱狀顆粒，比表面積大，微孔發(fā)達(dá)，機(jī)械強(qiáng)度高，吸附性能強(qiáng)，吸附速度快，凈化能力強(qiáng)，不易脫粉，化學(xué)性能穩(wěn)定，易再生，使用壽命長。水處理活性炭以優(yōu)質(zhì)椰子殼、核桃殼、杏殼、桃殼、煤質(zhì)為原料，經(jīng)一系列生產(chǎn)工藝精制而成，適用于高純度的生活飲用水、工業(yè)用水和廢水處理的深度凈化，對水中各種雜質(zhì)如氯、酚、碑、鉛、氧化物、農(nóng)藥等有害物質(zhì)也有很高的去除率，可廣泛用于裝填各類大、中、小型凈水器，也適用于糖類，清涼飲料的脫色和精制，以及室內(nèi)外空氣的凈化，特別是加載了特殊成分的活性炭對室內(nèi)有害氣體如氨、甲醛等，具有更好的凈化效能?；钚蕴繉τ袡C(jī)物的吸附能力大，在廢水深度處理中得到廣泛的應(yīng)用，具有以下優(yōu)點(diǎn)：處理程度高，城市污水用活性炭進(jìn)行深度處理后，BOD可降低99%,TOC可降到1?3mg/L;應(yīng)用范圍廣，對廢水中絕大多數(shù)有機(jī)物都有效，包括微生物難于降解的有機(jī)物;適應(yīng)性強(qiáng)，對水量及有機(jī)物負(fù)荷的變動有較強(qiáng)的適應(yīng)性能，可得到穩(wěn)定的處理效果;粒狀炭可進(jìn)行再生重復(fù)使用，被吸附的有機(jī)物在再生過程中被燒掉，不產(chǎn)生污泥;可回收有用物質(zhì)，例如用活性炭處理含酚廢水，用堿再生吸附飽和的活性炭，可以回收酚鈉鹽;設(shè)備緊湊、管理方便。

　　活性炭一般是將90%以上通過80目標(biāo)準(zhǔn)篩或粒度小于0.175mm的粉狀炭，具有吸附速度較快，吸附能力使用充分等優(yōu)點(diǎn)，但需專用的分離方法，隨著分離技術(shù)的進(jìn)步和某些應(yīng)用要求的出現(xiàn)，粉狀炭的粒度有越來越細(xì)化的傾向，有的場合已達(dá)到微米甚至納米級。顆粒活性炭為粒度大于0.175mm的活性炭，一般由顆粒狀原料經(jīng)炭化、活化，然后破碎篩分至需要顆粒度制成，也可以用粉狀活性炭加入適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑經(jīng)適當(dāng)加工而成。圓柱形活性炭，又稱柱狀炭，一般由粉狀原料和粘結(jié)劑經(jīng)混捏、擠壓成型再經(jīng)炭化、活化等工序制成，也可以用粉狀活性炭加粘結(jié)劑擠壓成型。球形活性炭形狀為圓球形的活性炭，它的制取方法與柱狀炭類似，但有成球過程，也可以用液態(tài)含碳原料經(jīng)噴霧造粒、氧化、炭化、活化制成，還可以用粉狀活性炭加粘結(jié)劑成球加工而成?；钚蕴坷w維是新一代高效活性吸附材料和環(huán)保功能材料，是活性炭的更新?lián)Q代產(chǎn)品，具有較高的技術(shù)含量和產(chǎn)品附加值，可使吸附裝置小型化，吸附層薄層化，吸附漏損小，效率高，節(jié)能經(jīng)濟(jì)，可以完成顆粒活性炭無法實(shí)現(xiàn)的工作。

　　二、活性炭處理含氧廢水

　　氧化物可在生物體內(nèi)產(chǎn)生氧化氫，使細(xì)胞呼吸受到麻痹引起窒息死亡，含氤廢水是指含有CN基團(tuán)的工業(yè)廢水。在有色金屬礦物提取金銀銅、氧化電鍍、化工、熱處理等行業(yè)生產(chǎn)工藝中均排放大量的含氧廢水，特別是礦物選冶生產(chǎn)工藝中氧化物的用量很大，廢水中氧的質(zhì)量濃度較高，還含有大量的重金屬、硫氧酸鹽等化合物，對水環(huán)境污染很嚴(yán)重。國內(nèi)含氧廢水處理方法不較多，早期有堿氯法、酸氯法、因科法、酸化吸收-中和法、臭氧法、電解法、離子交換法、活性炭催化氧化法、生物法、加壓水解法等。但面對不同的實(shí)際情況，我們應(yīng)選擇不同的方法進(jìn)行處理?；钚蕴拷Y(jié)構(gòu)是由六環(huán)碳不規(guī)則排列而成，這就形成了活性炭多微孔及高表面積的特性?；钚蕴靠讖綖??10.5nm，比表面積一般為300?1000m2/g，廣泛應(yīng)用于石化、電力、食品、環(huán)保和黃金等行業(yè)，其強(qiáng)大的吸附能力和催化能力被廣大用戶所認(rèn)可。

　　含有氧化物的廢水在有足夠的溶解氧和銅離子的條件下，通過活性炭的催化氧化作用，生成NH3及CuCO3?Cu(OH)2等物質(zhì)，從而破壞氧化物的毒性，同時(shí)銅和氤構(gòu)成的絡(luò)合離子被活性炭吸附。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是投資少，操作簡單，費(fèi)用低，水處理效果好。自然環(huán)境中普遍存在微量氧化物，主要來自肥料及有機(jī)質(zhì)。但高濃度的氧化物來自含氧工業(yè)污水，主要有電鍍污水、氤化提金、焦?fàn)t和高爐的煤氣洗滌廢水及冷卻水、一些化工污水和選礦污水、合成橡膠、纖維和染料等工業(yè)等，其濃度可在1?180mg/L以上，對人類的健康和牲畜、魚類的生命都是一種嚴(yán)重的威脅。

　　國內(nèi)自來水廠和城市污水處理廠加氯處理后的水需要進(jìn)行?除活性余氯?；钚蕴糠ň哂腥コ矢?，不產(chǎn)生二次污染，不僅能去除活性余氯，而且能去除水中有機(jī)物的特點(diǎn)，因此常用于大規(guī)?；钚杂嗦让摮に嚒A性氯化法是黃金礦山處理含氧廢水常用方法之一，處理后溶液中含有一定濃度的活性余氯，不能直接進(jìn)入生物處理系統(tǒng)或直接排入河流，但目前利用堿性氯化法處理含氧廢水的黃金礦山均未有活性余氯脫除設(shè)施，因此增加活性炭脫除余氯設(shè)施勢在必行，不僅脫除活性余氯、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還可以回收廢水中少量的金、銀，從而增加經(jīng)濟(jì)效益。活性炭脫除余氯是集吸附、催化和活性余氯與碳反應(yīng)的一個(gè)綜合過程。因此，活性炭在整個(gè)吸附脫除余氯過程中不存在吸附飽和問題，只是損失少量的活性炭。

　　盡管用了很多方法對廢水進(jìn)行處理，但多數(shù)工廠排放的含氤廢水仍超過排放標(biāo)準(zhǔn);有的雖然排放達(dá)標(biāo)，但處理費(fèi)用太高。例如電鍍要求不一樣，工藝所產(chǎn)生的廢水成分也不一樣，氧化物有劇毒，不能通過常規(guī)方法來去除，必須單獨(dú)處理破氧，再與其他廢水混合取出重金屬。為此，人們一直在尋找操作簡單、成本低、效果好的含氧廢水處理方法。

　　三、活性炭處理含汞廢水

　　汞主要消耗在氯堿工業(yè)上，其次是用于電力電子工業(yè)。此外，炸藥制造業(yè)、殺蟲劑和防腐劑生產(chǎn)及照相業(yè)也要使用汞，在化工和石油化學(xué)工業(yè)中，汞被用做塑料生產(chǎn)以及加氫、脫氫、磺化、氧化、氯化和酸解等反應(yīng)的催化劑。在涂料、藥物和化妝品工業(yè)中，汞化合物也被用做防腐劑在氯堿工業(yè)中，以汞為陰電極，制造氯氣和苛性鈉;聚氯乙烯、乙醛、醋酸乙烯的合成工業(yè)均以汞作為催化劑；電子儀表工業(yè)也常用到汞，故這些行業(yè)均排放含汞廢水。汞對人體有嚴(yán)重的毒害作用，其中甲基汞在人體腦組織內(nèi)積累，侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，破壞神經(jīng)功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致死亡，汞是各國環(huán)境部門重點(diǎn)監(jiān)控對象。

　　活性炭能有效地吸附廢水中的汞，一些工廠己經(jīng)采用此法處理含汞廢水，但該法更適用于處理低濃度的含汞廢水。如果含汞的濃度較高，可以先用化學(xué)沉淀法處理，處理后含汞約lmg/L,高時(shí)可達(dá)2?3mg/L,然后再用活性炭做進(jìn)一步的處理。將含汞廢水以硫化鈉或硫化鈉-氫氧化鈉溶液處理，利用硫化汞具有很小的離子濃度積之特點(diǎn)，使廢水中的汞以高效率沉淀下來，達(dá)到使水凈化的目的。

　　活性炭的處理效果，與若干因素有關(guān)包括汞的初始形態(tài)和濃度，活性炭的種類，pH控制值以及與活性炭與含汞廢水的接觸時(shí)間等。增大活性炭用量以及增加接觸時(shí)間都可提高汞的驅(qū)除率，活性炭對有機(jī)汞的脫除作用比對無機(jī)汞更為有效。活性炭對高濃度含汞廢水據(jù)有較高的驅(qū)除率，對低濃度汞的驅(qū)除率并不高，但出水中汞含量最低。偏堿性的含汞廢水采用的多是化學(xué)凝聚法或硫化物沉淀法，偏酸性的含汞廢水采用的多是金屬還原法。當(dāng)處理的含汞廢水中有機(jī)汞的含量較高時(shí)，都需要先將有機(jī)汞轉(zhuǎn)化為無機(jī)汞，再進(jìn)行處理。

　　四、活性炭處理含酚廢水

　　含酚廢水是一種污染范圍極廣的工業(yè)廢水，煤氣廠、樹脂廠、絕緣材料廠、焦化廠、石油裂解制乙烯、合成苯酚、聚酰胺纖維、合成染料、有機(jī)農(nóng)藥和酚醛樹脂生產(chǎn)過程中均會產(chǎn)生含酚廢水。含有酚類物質(zhì)的廢水來源廣泛，危害較大，含酚廢水不經(jīng)處理排入水體，會危害水生生物的繁殖和生存。酚基化合物是一種原生質(zhì)毒物，可使蛋白質(zhì)凝固。水體含酚0.1?0.2mg/L,魚肉即有異味，不能食用;含酚lmg/L,會影響魚產(chǎn)卵和回游，含酚5?10mg/L,魚類就會大量死亡。飲用水中含酚能影響人體健康，即使水中含酚質(zhì)量濃度只有0.002mg/L,用氯消毒也會產(chǎn)生氯酚惡臭。農(nóng)作物經(jīng)高濃度含酚廢水灌溉，會枯萎死亡。

　　活性炭對苯酚的吸附性能好，溫度升高不利于吸附，使吸附容量減?。坏邷囟冗_(dá)到吸附平衡的時(shí)間縮短?；钚蕴康挠昧亢臀綍r(shí)間存在最佳值，在酸性和中性條件下，去除率變化不大;強(qiáng)堿性條件下，苯酚去除率急劇下降，堿性越強(qiáng)，吸附效果越差。

　　五、活性炭處理含甲醇廢水

　　甲醇廢水在工業(yè)生產(chǎn)中較為常見，屬高濃度有機(jī)廢水。甲醇為無色揮發(fā)性液體，毒性很強(qiáng)，能在人體內(nèi)蓄積，并有麻醉作用。甲醇廢水廣泛存在于人造纖維、制藥、石油化工、林業(yè)化工及硫酸鹽紙漿化工廢水中。我國的氮肥廠每天排放出數(shù)十萬噸工藝?yán)淠汉湍蛩厮馑?，這些僅受輕微污染的廢水是潛力巨大的資源，具有很好的回收利用價(jià)值。氮肥廠工藝?yán)淠汉湍蛩厮馑凶钪饕奈廴疚餅榈蜐舛燃状?，因而去除低濃度甲醇成為這類廢水回收利用的關(guān)鍵。生物活性炭技術(shù)處理低濃度甲醇廢水，為廢水資源化提供了一種新途徑。

　　活性炭可以吸附甲醇，但吸附能力不強(qiáng)，只適宜于處理含甲醇量低的廢水。工程運(yùn)行結(jié)果表明，可將混合液的COD從40mg/L降至12mg/L以下，對甲醇的去除率達(dá)到93.16%?100%，其出水水質(zhì)可以滿足回用到鍋爐脫鹽水系統(tǒng)進(jìn)水的水質(zhì)要求。

　　六、結(jié)束語

　　活性炭的吸附原理是在其顆粒表面形成一層平衡的表面濃度，再把有機(jī)物質(zhì)雜質(zhì)吸附到活性炭顆粒內(nèi)，使用初期的吸附效果很高。但時(shí)間一長，活性炭的吸附能力會不同程度地減弱，吸附效果也隨之下降。如果水質(zhì)混濁，水中有機(jī)物含量高，活性炭很快就會喪失過濾功能。所以，活性炭應(yīng)定期清洗或更換。

　　活性炭顆粒的大小對吸附能力也有影響。一般來說，活性炭顆粒越小，過濾面積就越大。所以，粉末狀的活性炭總面積最大，吸附效果最佳。顆粒活性炭因顆粒成形不易流動，水中有機(jī)物等雜質(zhì)在活性炭過濾層中也不易阻塞，其吸附能力強(qiáng)，攜帶更換方便?；钚蕴康奈侥芰团c水接觸的時(shí)間成正比，接觸時(shí)間越長，過濾后的水質(zhì)越佳。

　　總之，水資源日益減少的同時(shí)，存在水資源利用方式粗放、用水效率不高的問題，導(dǎo)致水資源供需矛盾越來越突出?；钚蕴烤哂袕?qiáng)大的吸附能力和催化能力，應(yīng)用于各行各業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和廢水處理的特殊要求，活性炭的研究從本身的孔結(jié)構(gòu)和比表面積逐步發(fā)展到研究表面官能團(tuán)對活性炭吸附性能的影響。為緩解水資源的供需矛盾，迫切需要研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效及方便可行的污水處理與回用新工藝，活性炭處理工業(yè)廢水中應(yīng)用前景巨大。(來源：劉道春)