活性炭在中水回用深度处理中的应用与作用

活性炭在中水回用深度处理中的应用与作用

活性炭吸附是再生水回用深度处理的重要技术之一。在生物处理过程中，能除去的是有机碳中可生物降解的部分，一部分转化成可溶解的微生物产物（prod-acts，SMP）。SMP是细菌在代谢过程中排泄或分泌的物质，它可以在不破坏菌体细胞的情况下与微生物分离，离开菌体后仍能存活，是蛋白质、核酸、硫醇、抗生素等物质的混合物，在进一步回用和深度处理时比原污水中的有机物更难降解。

活性炭为非晶态炭，是由许多石墨型层状微晶体无规则地组装而成，并具有晶体缺陷。这些内部结构使活性炭在水处理中不仅具有吸附能力，而且可以起到催化作用。活性炭中含有大量的微孔，孔径为1x10-0~1x10-6m，特别是1x10-10~1x10-°m。活性炭内部有无数纵横相通的微孔，使活性炭具有巨大的比表面积（可达/g），并能除去色、臭、味。活性炭吸附过程能除去大部分有机物和部分无机物。能除去的有机物主要有萘、苯乙烯、酚、二甲苯、醛类等脂肪族和芳香族烃类物质。活性炭吸附时，要确定吸附剂、吸附操作方式、再生方式、预处理和后处理等。 常用静态吸附试验、动态吸附试验来确定吸附剂的选择、吸附容量、设计参数、处理效果和技术经济指标。

在应用中需与反渗透、电渗析、超滤、离子交换等工艺配合使用。活性炭与膜的组合可以有效解决单独使用膜过滤带来的膜堵塞、膜污染等问题。使用活性炭对来水进行必要的预处理，减少水中的有机物、无机物、微生物等在膜表面和膜孔上的积累，从而大大延长膜的使用寿命。膜的存在可以克服单独使用活性炭的弱点，解决活性炭出水细菌数高的问题。活性炭与超滤膜的组合可以有效去除水中的CODMn、可溶性腐殖酸和黄腐酸（UV254）以及大肠杆菌，特别是对UV254和相应的消毒副产物有很高而稳定的去除效果。

活性炭与纳滤膜组合可有效去除进水中大部分TOC及Ames致突变物，使Ames试验结果呈阴性。董秉志等对超滤膜与混凝粉末活性炭组合的研究也表明，活性炭与膜组合不仅能有效去除溶解性有机物，而且可以降低膜过滤阻力，增加水的透水性，防止膜污染。

1.吸附剂的选择与设计

活性炭的吸附过程是水相、活性炭和溶质三者相互作用的过程。吸附的主要原因是溶质的疏水性与固体颗粒所表现出的表面力不平衡，造成溶质对固体颗粒有很高的亲和力。亲水性的物质很难移动到固体吸附界面，疏水性的物质则比较容易；溶解度大的物质很难移动到固体吸附界面，溶解度小的物质则比较容易。同时，溶质与吸附剂之间存在着静电引力、化学键力和范德华力。因此，在活性炭吸附溶质的过程中，其孔隙结构和比表面积是最重要的特性。

深度处理工艺中常用的活性炭材料主要有颗粒活性炭（GAC）和粉状活性炭（PAC），还有球形活性炭、聚合物包覆活性炭、纤维活性炭等。首先要考虑活性炭的型号、品牌，其次要关注其性能指标，并进行必要的性能试验进行评价。

活性炭吸附性能的简单测试常见的有四种方法。

（1）ABS值法一般情况下，大多数有机物的吸附量与浓度的增加呈对数关系，但对于ABS的吸附，浓度变化对吸附量影响不大。这一性质可用来比较活性炭的吸附能力。ABS值法是将粉末活性炭加入含5mg/L ABS的溶液中，反应1h后，确定将ABS浓度降至0.5mg/L所需的活性炭量。

（2）亚甲蓝吸附值法 该方法是将浓度为1.2mg/ml的亚甲蓝溶液中加入活性炭，振摇30分钟，测定单位质量活性炭脱色的亚甲蓝溶液的体积（ml）。

（3）碘值法碘值法是将0.5g用盐酸润湿的活性炭试样，加到100ml含27g/L碘和41g/L碘化钾的溶液中，振荡5分钟，测定吸附的碘量。

（4）比表面积BET法此方法反映活性炭的吸附能力。除上述试验外，还需对所考虑的体系进行等温吸附试验。

2. 吸附容量与吸附等温线

为了了解活性炭的吸附能力，确定其类型，并得到相关的设计参数，需要进行等温吸附试验。此试验数据可用来比较不同类型活性炭处理后的出水水质，并提供吸附能力和所需的活性炭用量。

初始溶质含量为c1，体积V为加入水样中的活性炭，经过一定时间达到吸附平衡，溶质含量为c2。则平衡时单位活性炭吸附的溶质质量(单位质量的吸附剂吸附的溶质质量)为

2.连续吸附操作

处理后的水通过活性炭吸附床连续净化，称为动态吸附，此方法常用在GAC中。

（1）固定床吸附操作按水流方式可分为上流式和下流式。下流式固定床，水由上而下流动，出水水质较好，但水头损失较大，特别是对浊度较高的废水。需控制进水浊度，必要时可加装预处理装置，一般要求浊度不大于5NTU。运行时进行反冲洗，并辅以表面扫洗设施。上流式固定床，水由下而上流动，为避免出现浊层操作，应控制上流速度。其水头损失增加缓慢，操作时间长，但用下流方式在原水入口处冲洗吸附剂较困难，对上流速度要求十分严格。

（2）移动吸附操作采用上流式，但操作时炭层不断移动，饱和的炭吸附剂由塔底间歇排出，由塔顶加入一部分再生的新炭吸附剂，再次进行层间移动。原水与炭吸附剂呈逆流接触，处理后的水由塔顶流出，可有效利用炭吸附剂的吸附能力，水头损失小，不需反冲洗设备。操作时应注意控制流速，避免造成床层混乱。

（3）流化床吸附操作。流化床在操作过程中有上升、下降动作，不是完全连续操作。炭吸附剂在流化床内处于膨胀状态，原水与炭吸附剂呈逆流接触。适用于处理悬浮物浓度较高的废水。目前在我国采用较少。

当对水质要求较高时，才使用过滤。一般来说，物理和化学处理成本较高，而且只在水量较少时使用。