活性炭在废水处理中的应用及前景展望

活性炭在废水处理中的应用及前景展望专业：环境科学学号：20052402544 姓名：廖敏

摘要：本文介绍了活性炭中粉末活性炭、活性炭纤维（ACF）、粒状生物活性炭( GBAC) 等在废水处理中的应用。与此同时，根据活性炭再生方法的经济性，通过介绍活性炭再生技术的方法及微波诱导氧化处理有机废水，粘土、活性炭、二氧化钛复合陶瓷球降解燃料废水两种方法实例，展望了活性炭在废水处理中的前景。

关键词：粉末活性炭;活性炭纤维;粒状生物活性炭;废水处理;应用;再生;前景展望1、导言

活性炭具有高度发达的孔隙结构和极大的比表面积，对分子较强的吸附性和催化性能，原料充足且安全性高，耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点，是一种环境友好型吸附剂。活性炭在废水处理方面的主要优点是处理程度高、出水水质稳定。与其他方法配合使用可获得质量很高的出水水质，甚至达到饮用水标准。(1)将溶质聚集在固体表面的作用叫吸附作用, 固体内部的分子被相同分子所包围, 分子间的力是平衡的, 而固体表面, 分子间的力是不平衡的。这样, 它就有足够的强度去捕捉液体中的分子, 这种现象就叫物理吸附。活性炭与含有可溶性有机物的水接触时, 就可以通过吸附作用将这些物质除去。

无论是在技术上，还是在应用范围及处理规模上,活性炭吸附法处理废水工艺都取得了很大发展。与此同时，活性炭的消耗量也迅速增加,截至1997 年底,世界活性炭消耗量达65 万t ；而到2004 年,已经超过70万t ，并以每年15 %的速度递增。在活性炭的应用过程中产生的大量废碳如不进行处理并回收利用，不仅会造成资源的浪费,还会对环境造成二次污染。因此，无论从经济效益还是从环保角度考虑,选择合适的活性炭再生技术都很有必要。（2）

2. 活性炭在废水处理中的应用

难降解有机物单元的处理方法有多种:：反渗透法、化学氧化法、吸附法等, 其中, 活性炭吸附已被证明是实用、可靠而又经济的方法。使用活性炭时通常要采用如下必要措施：(1) 预处理。为保证活性炭发挥正常吸附性能、水中悬浮物等尽可能减少, 需要预处理。( 2) 选择合适的吸附器设计参数。选择吸附器形状, 确定接触时间, 选择

适当滤速。(3)确定失效碳的再生方案。（3）

2.1粉末活性炭强化SBR法处理有机化工废水

序批式活性污泥法( Sequencing Batch Reactor) 简称SBR, 是传统活性污泥法的一种变形, 它的反应机制以及污染物质的去除处理机制和传统活性污泥法基本相同。工艺具有工艺流程简单、处理效果稳定、占地面积小、耐冲击负荷力强和具有除磷、脱氮能力等优点。但由于SBR 工艺的间歇周期运行, 反应器中DO、有机物浓度随时间不断变化, 处于这种周期性变化环境中的微生物对有机物的降解机理、反应动力学以及工程应用中的设计、控制等更加复杂。粉末炭- 活性污泥法(PAC)是对于现有SBR 工艺是一种简单易行、灵活高效的改进方法。PAC法是在现有的活性污泥处理系统中投入粉末炭, 以提高处理能力。因微生物分泌的酶被富集到活性炭表面, 从而有效地使有机物氧化分解, 一些降解速度慢的溶解性有机物由于被活性炭所吸附, 延长了在系统中的停留时间, 因而不致穿透出系统。

在实际工程中,有机工业废水水质、水量变动幅度较大,经常含有毒害性物质,采用常规SBR工艺容易出现污泥膨胀。李玉华,任刚在对PAC (粉末活性炭)的吸附特性进行考察的基础上，采用粉末活性炭强化的SBR工艺对原有SBR工艺进行强化,通过实际运行结果表明, CODcr去除率达9012% ～9815% ,BOD5 去除率达9118%～9814% ,NH3 - N去除率达8314% ～9418% ,各项处理效果均优于SBR工艺。通过对比PAC - SBR工艺对CODcr、BOD5去除效果的改善作用,在一定程度上可以说明微生物与PAC存在相互加强的关系是PAC - SBR工艺对有机物去除的改善作用机理。此外污泥性能得到改善,有效避免了污泥膨胀、泡沫等异常现象的发生，因此对于现有的SBR工艺是一种简单易行、灵活高效的改进方法。

该法能有效消除低温的不良影响, 大大减少池中的泡沫、改善沉淀性。其典型工艺流程示意图如图1 所示。

图1 粉末炭—活性污泥法工艺流程示意图

2.2 粒状生物活性炭( GBAC) 在生活污水处理中的应用

生物活性炭法是将微生物降解污染物的作用与活性炭的吸收作用结合来处理废水。它包括生物降解与活性炭吸附两个过程,既延长了活性炭的吸附饱和时间,又强化了活性炭的吸附处理效果，因而受到广泛的关注。目前,世界上许多国家都已经采用这一新技术,尤其在欧美国家更为广泛。我国也有企业使用这一技术,如北京某毛纺厂就采用生物活性炭处理染料废水。生物活性炭对有机污染物的去除中,起主要作用的是微生物的降解作用,活性炭只是作为供微生物繁殖和栖息的生物载体。施红、吴云海等通过探讨利用粒状生物活性炭( GBAC)对人工废水COD Mn处理的效果，发现GBAC对COD Mn都有很高的去除率，且随着炭层高度的增长,生物活性炭对COD Mn的去除率也越大

2.3 活性炭纤维（ACF）在废水处理中的应用

活性炭纤维(ACF) 是继粉状活性炭( PAC) 和颗粒活性炭( GAC) 之后的第三代活性炭产品，是20世纪70 年代后期发展起来的一种高效活性吸附材料和环保工程材料。ACF 用于水的净化处理具有吸附容量大、吸附速度快、脱附速度快、灰分少、处理量大且使用时间长的优点。将ACF 用于环保工程中，其操作安全,由于体积密度小和吸脱层薄,不会造成蓄热和过热现象,也不易发生事故，节能和经济，可用于大型上水、净水处理，不仅净化效率高，而且处理量大，装置紧凑，占地面积小，设备投资小和效益高。

ACF适用于各种有机废水的处理。可对含氯废水、制药厂废水、有机染料废水、造纸黑液、苯酚废水、四苯废水、己内酰胺废水、二甲基乙酰胺和异丁醇废水进行处理。其吸附能力比粉状活性炭的吸附能力高得多,尤其适用于高平衡浓度时,每克ACF 的吸附量约为粉状活性炭的3 倍。其吸附能力随温度升高而提高。ACF 对金属离子具有较好的吸附还原性能,可吸附水中的银、铂、汞、铁等多种离子并能够将其还原。研究发现,在碱性条件下，ACF 对Pt ( Ⅳ) 有很好的还原吸附性能，吸附容量达500mg/ g。

3.活性炭在废水处理中的前景展望

活性炭吸附技术在废水方面有其独到的优点。国内外实践证明,活性炭再生方法的经济性成为制约该法在环境工程领域更加广泛应用的主要瓶颈。因此,如何选择经济