:什么是活性炭(AC)以及如何在水处理中使用?

答: AC是质有机材料,经过热处理后产生的活性部位能够在水(或其他液体或气体)通过介质时结合许多化学物质。
介绍:

古埃及人使用某些形式的AC来净化油和药用。预计美国饮用水每年将使用约9000万磅,燃煤电厂烟气中汞的去除量高达8亿磅。

交流生产和应用技术具有非常大且复杂的范围,具有许多技术方面和应用。必要时,本讨论将涉及与水处理行业相关的几个方面。

它是什么,它是如何制作的?

市场上有许多类型的AC,它们旨在应用于不同的水处理目的。它们主要是碳,但也含有一些灰。ASTM D2652定义了AC的特性。饮用水中使用的碳也必须符合适用的ANSI / NSF标准。作为水处理介质的AC以挤出的块状,颗粒状或粉末状形式制造。它是通过将含碳材料(如褐煤和烟煤)或基于纤维素的物质(如木材或椰子壳)加热至600至900 o C(在没有空气的情况下)形成碳化炭,然后通常在其活化(氧化)其表面而生产的。 800到1,200 oC在蒸汽,二氧化碳或空气存在下,形成高度多孔的碳结构。化学活化也可以通过用酸如磷酸,碱如氢氧化钠或盐如氯化锌浸渍原料然后加热到较低温度来完成。它们产生具有不同表面特性和对不同污染物的亲和力的AC 因此,活性炭虽然是一个常用术语,但并不合适,因为木炭不会以这种方式活化,并且其结合化学品的能力要低得多。

活化过程产生非常大的表面积,大约为500至1,200至2,000平方米/克。表面积来自数百万个分子大小的孔隙和凹陷,并且其本身可以在表面提供一些化学吸附(不吸收)。此外,碳的表面化学通过化学结合和范德华力引起吸附,所述范德华力涉及电子与原子核之间的弱相互作用。

 

AC除水和废水处理外还有许多应用,包括去除气体污染,净化和脱色果汁,油和酒精和非酒精饮料,包括葡萄酒和烈酒。

什么类型的AC有饮用水应用?

有许多不同种类的商业AC可以对不同物质具有亲和力。AC的形式是针对特定应用而定制的。使用几种技术评估AC,其中一些是碘值,糖蜜数和脱氯半长度。碘值是微孔含量的量度。测得的碘摄取量约为1,200 mg / g,这是吸附小分子能力的一般指标。糖蜜数是的中孔及其吸附较大分子(分子量约100至600道尔顿)的能力的量度

脱氯能力评估为脱氯半长。将测试溶液中的游离氯含量减半所需的碳柱深度。这种催化还原发生在颗粒表面和孔隙中。氯胺减少比游离氯减少要慢得多,因此当鱼缸中使用颗粒活性炭(GAC)或意图从饮用水中去除氯胺时,必须理解这一点。

粉末状活性炭(PAC)以细粉末或颗粒形式提供,并筛分至所需的尺寸范围。在水处理中间歇性地使用PAC,例如在化学品溢出或藻类开花期间,以除去痕量合成化学品以及产生味道和气味的化学物质如土臭味素。它适用于一次性使用。可根据需要添加到原水中,或快速混合时,过滤前; 它可以通过过滤除去然后处理掉。

GAC具有较大的粒径,用于固定床和接触器。当他们因为任务而疲惫时,他们会被从床上移走; 然后将它们替换为原始碳或送至再生设施,并在该饮用水设施或较不敏感的应用中恢复使用。在美国,许多传统的水处理厂担心其来源水中的痕量有机物或不良口味可能会用GAC替代其过滤器中的沙子或无烟煤,提供的GAC深度可能为2到3英尺。这些被称为过滤吸附器,因为它们提供两种功能。它们像其他粒状介质一样经常进行反洗。这些也用于使水脱氯。

过滤器吸附器可在更换或重新激活之前使用多年。由于短时间的接触时间和不频繁的重新激活,它们没有优化去除有机物,因为从这些类型的过滤器中移除和更换物流不允许频繁循环。美国还有一些深层GAC接触器系统(例如位于俄亥俄州辛辛那提的水厂),它们在现场重新激活,在欧洲也有更多。这些可以更频繁地去除和重新激活,例如每年,因此它们将更有效地去除痕量有机化学品; 它们可以根据水质规格进行更换或重新激活。

一些供水商采用一种称为生物活性炭(BAC)的处理方法,其中进水可以用臭氧预处理,与一些有机化学品发生化学反应,并在GAC上给水充氧,这样就可以促进微生物在过滤器上生长,生物降解产品的天然和合成化学品。这种方法通常在更换之间有更长的操作时间。碳接触器还用于饮料水处理和其他工业过程,其中它们可以去除痕量有机物以及使水脱色和脱氯。

作为水处理它能做什么,不能做什么?

吸附是一种复杂的物理/化学过程,其中水中的化学物质被输送到碳表面,在那里它在表面和水中的化学物质之间保持平衡。混合物的组分可以相互竞争吸附。存在物理化学现象,其中累积的化学物质可能被许多因素解吸,例如温度变化,位移和溶液组成变化。吸附等温线用于量化各种碳积累和保留化学物质的相对容量

通常,疏水性非极性化学物质比亲水性极性化学物质更有效地保留,并且较大分子比较小分子更有效地保留。较低分子量的醇,醛和胺由于其极性通常不能很好地吸附。通过实验等温线常数确定的一些实例表明,与氯仿等氯化溶剂和二甲基亚硝胺等小型混溶分子相比,多氯联苯和七氯的有效去除水的数量级更多。

热再活化的碳不会恢复到其精确的原始状态。在重新活化之前用过的碳可能会损失其表面积和孔隙体积的约40%至60%; 再生碳将恢复到其孔隙体积和表面积的约90%至95%。还将添加一些化妆GAC以恢复原始数量。

GAC如何在POU或POE系统中使用?

通过将PAC与粘合剂混合并将其挤出成圆柱形块来生产挤出活性炭(EAC)。这些类型的单元在POU系统中用于化学去除和脱氯。实际上,GAC的脱氯能力远远超过化学品去除,因此即使有机化学品去除受到限制,该设备也可以使相当大量的水脱氯。

AC可用于POUPOE系统以用于各种目的。在POU装置中,目的主要是脱氯,除去氯的味道。也可能发生一些有机物还原,但接触时间很短,GAC的数量有限,因此有机物的去除可能是有限的和暂时的。在POE系统中,GAC的量和接触时间要大得多,因此它可用于减少有机污染物以及脱氯。后者也可以用作反渗透(RO)系统或离子交换单元中的较小的盒,以保护膜或树脂免受游离氯可能引起的降解。

GAC既可以使水脱氯,又可以积聚有机物质,还可以产生化学还原环境。该组合表明已经产生了有利于微生物再生的环境。这种细菌再生可以作为异养平板计数(HPC)测量。这些通常不被认为是致病性的,但它们可以产生非常高的数量并产生粘液和异味。因此,这些GAC或碳块系统通常用银盐浸渍以抑制HPC再生。重要的是要了解银的目的是帮助保护单位和水免于过度再生,而不是作为水处理消毒剂来减少病原体。

结论

AC是一种用途极为广泛的净化介质,包括气相处理,饮用水和废水处理组件,可去除有机化学物质,脱氯,去除味道,气味和颜色,以及提高饮料产品和其他液体的质量。它通过在不存在空气的情况下加热由易于获得的含碳材料制备,然后通过在氧化条件下的额外加热来活化碳化材料。用于水处理的非粉末AC形式通过热再生再循环。许多POU和POE装置含有GAC或挤出的碳块,并提供脱氯和味道和气味减少,以及减少许多化学品。