水處理活性炭的選擇指標(biāo)問(wèn)題

1、水處理活性炭的選擇指標(biāo)問(wèn)題 摘要： 研究 發(fā)現(xiàn)，活性炭的比表面積、碘值、亞甲基藍(lán)吸 咐值等吸咐性能指標(biāo)與活性炭對(duì)天然水中有機(jī)物的吸咐能力之間相關(guān)性能不好，在選擇去除天然水中有機(jī)物的活性炭時(shí)不能用這些指標(biāo)。提出了采用活性炭對(duì)水中四種典型有機(jī)物(腐 殖酸、富里酸、木質(zhì)素、丹寧)的吸附容量和吸附速度作為正確選擇水處理用活性炭的指標(biāo)，且在五種水質(zhì)(長(zhǎng)江、黃浦江、太湖、淮河、黃巢湖)中得以驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：水處理 活性炭 選擇指標(biāo)活性炭吸附性能一般都采用比表面積、碘值、亞甲基藍(lán)吸附值、ccl4吸附值等指標(biāo)(在此簡(jiǎn)稱一般吸附性能指標(biāo))來(lái)表示。通常認(rèn)為，這些指標(biāo)高的活性炭就是吸附性能好的活性炭，所以習(xí)慣上都是根

2、據(jù)這些一般吸附性能指標(biāo)來(lái)選擇水處理用活性炭。1 問(wèn)題 的提出1994年在為某廠水處理系統(tǒng)(淮河水源)選擇活性炭時(shí)，首先測(cè)定了活性炭的這些一般吸附性能指標(biāo)。參選的三種活性炭中，3#炭比表面積最大，碘值、亞甲基藍(lán)吸附值最高，是吸附性能最好的活性炭。但在實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)(每種活性炭取350g裝入505的吸附柱中，以15m/h流速通水，并聯(lián)平行運(yùn)行，監(jiān)測(cè)出水的codmn及 e260值至去除率20%作為失效，下同)，發(fā)現(xiàn)情況異常(見(jiàn)表1)。表1 三種待選炭在液河水質(zhì)下運(yùn)行數(shù)據(jù)活性炭編號(hào)1#2#3#失效前運(yùn)行天數(shù)（d）161610周期制水量（l）570060004000試驗(yàn)表明，2#活性炭運(yùn)行周期最長(zhǎng)，周期

3、制水量最多。而一般吸附性能指標(biāo)最高的3#椰子殼活性炭，其周期制水量?jī)H為2#活性炭的2/3。無(wú)疑，實(shí)際使用應(yīng)選用2#活性炭，而不是3#炭。選擇了九種國(guó)產(chǎn)活性炭，在黃浦江水、太湖水、浙江黃巢湖水的水質(zhì)條件下進(jìn)行試驗(yàn)。九種炭同樣測(cè)定其一般吸附性能，并選出六種進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn) 行試驗(yàn)。一般吸附性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果列于表2，三種水質(zhì)條件下的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果列于表3。表2 九種活性炭的一般性能指標(biāo)種類(lèi)1#2#3#4#5#6#7#8#9#比表面積（m2/g）langmuir10191041.661685.771367.35830.281528.721245.65989.621195.96bet728.17744.4811

4、98.60975.20588.481073.03895.30700.13857.15碘值（mg/g）893922101110841013112298310941106ccl4吸附值（%）33.039.2073.8152.8036.2964.4848.6545.9546.20亞甲基藍(lán)吸附值（mg/g）94.1107.5221.7174.7134.4188.110294.1134.4孔容積總孔0.43710.43870.62660.57860.60360.55980.46750.39010.5202大孔0.00000.01200.03920.01900.00000.06720.01320.0324

5、0.057過(guò)渡孔0.23530.17610.21300.24390.47100.26960.09480.17290.2033微孔0.23790.25060.37440.31570.14700.22300.35950.18480.3112孔表面積（m2/g）大孔8.91135.285102.6154.990.0000170.9935.39683.95421.644過(guò)渡孔231.61194.76322.26270.65302.13434.18122.27233.16197.31微孔487.64514.43773.72469.56302.52467.87737.63383.02638.19表3 現(xiàn)場(chǎng)

6、運(yùn)行數(shù)據(jù)匯總活性炭編號(hào)太湖水質(zhì)黃浦江水質(zhì)浙江黃巢湖水質(zhì)運(yùn)行天數(shù)（d）以codmn失效時(shí)周期制水量（l）以e260失效時(shí)周期制水量（l）運(yùn)行天數(shù)（d）以codmn失效時(shí)周期制水量（l）以e260失效時(shí)周期制水量（l）運(yùn)行天數(shù)（d）以codmn失效時(shí)周期制水量（l）以e260失效時(shí)周期制水量（l）1#8470041002#136100470012720080003#2311400114002096001240013610042005#24127001220025100001240014660040007#62600180082000400027503009#20930060002284001240

7、0733002700比較表2、3的數(shù)據(jù)同樣可以看出，一般吸附性能指標(biāo)最好的活性炭(3#)運(yùn)行周期并不是最長(zhǎng)的。而運(yùn)行周期最長(zhǎng)、制水量最多的5#炭其比表面積僅830m2/g，一般吸附性能指標(biāo)也處于中等水平。2 原因 分析上述試驗(yàn)是在四種不同水質(zhì)條件下進(jìn)行的，活性炭也基本上包括了國(guó)內(nèi)水處理用活性炭的主要品種，試驗(yàn)結(jié)果卻是一致的，即活性炭一般吸附性能指標(biāo)(比表面積、碘值、亞甲基藍(lán) 吸附值、四氯化碳吸附值)與其對(duì)天然水中有機(jī)物吸附性能之間相關(guān)性不好。由此認(rèn)為：若用這些指標(biāo)來(lái)選擇水處理用活性炭，可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的選擇，帶來(lái)巨大的浪費(fèi)。造成這種現(xiàn)象的原因，主要是由于天然水中有機(jī)物的分子體積(分子量)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于

8、一般吸附性 能測(cè)試中所用的碘、亞甲基藍(lán)、四氯化碳等的分子體積?；钚蕴课⒂^結(jié)構(gòu)中有大孔(100 nm)、過(guò)渡孔(2100nm)和微孔(2nm)，構(gòu)成活性炭比表面積的主要是微孔?；钚蕴课绞且环N表面現(xiàn)象，吸附量除了與比表面積多少有關(guān)外，還要考慮吸附的動(dòng)力因素，即吸附質(zhì) 能 否順利到達(dá)活性炭的微孔表面。曾有人通過(guò) 計(jì)算 認(rèn)為，當(dāng)吸附質(zhì)直徑大于孔道直徑1/3以上時(shí)，被吸附質(zhì)運(yùn)動(dòng)就受阻，吸附量下降。天然水中有機(jī)物大多以腐殖質(zhì)形式存在，主要包括四大組分：腐殖酸、富里酸、木質(zhì)素、丹寧。這些物質(zhì)的分子量大約為幾百至幾十萬(wàn)，比 碘、亞甲基藍(lán)、四氯化碳的分子量大得多。從這一點(diǎn)進(jìn)行分析，活性炭對(duì)天然水中有機(jī)物的吸附

9、主要受過(guò)渡孔 影響 ，而不是受微孔支配。這從表2中九種活性炭的孔容、孔面積可看出，過(guò)渡孔最多的是5#活性炭，它也正是現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)中對(duì)水中有機(jī)物吸附最好的活性炭?；钚蕴吭趯?shí)際天然水質(zhì)中吸附量多少(即運(yùn)行周期長(zhǎng)短)與過(guò)渡孔多少有關(guān)，而與微孔(比表面積)多少卻相關(guān)性不好。3 活性炭篩選新 方法 的驗(yàn)證由于實(shí)際水質(zhì)條件下的動(dòng)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)周期長(zhǎng)，需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，工作量大，不適合大批量選炭 。據(jù)此，提出了用天然水中四種有機(jī)物(腐殖酸、富里酸、木質(zhì)素、丹寧)作為測(cè)試基質(zhì)(吸附質(zhì))，用活性炭對(duì)它們的吸附容量和吸附速度作為指標(biāo)，借以反映活性炭對(duì)水中有機(jī)物的 吸附性能好壞，用于水處理用活性炭的篩選。試驗(yàn)表明，這種方法

10、測(cè)定結(jié)果與實(shí)際水質(zhì)條件下的動(dòng)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果一致，可以反映活性炭對(duì)天然水中有機(jī)物吸附性能的差異(見(jiàn)圖14 和表4)。試驗(yàn)所用四種吸附質(zhì)中的腐殖酸和富里酸從某水處理系統(tǒng)受污染的陰離子交換樹(shù)脂中提取，木質(zhì)素從造紙廢水中提取，丹寧為試劑。 表4 三種活性炭的吸附速度吸附質(zhì)腐殖酸富里酸木質(zhì)素丹寧活性炭1#2#3#1#2#3#1#2#3#1#2#3#4min內(nèi)平均吸附速度mg/(g.min）615256478520256可以看出，這三種活性炭對(duì)天然水中四種有機(jī)物的吸附性能最好的是2#，其次是1#，最差為3#，該順序與表1中三種活性炭在實(shí)際水質(zhì)條件下運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果是一致的，二者相關(guān)性很好。類(lèi)似的方法在長(zhǎng)江、太

11、湖、黃巢湖水質(zhì)下的擴(kuò)大試驗(yàn)中也同樣得到驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果列于表 5、6。表5 第一次擴(kuò)大試驗(yàn)時(shí)不同試驗(yàn)方法測(cè)得的活性炭吸附性能名次順序?qū)φ栈钚蕴烤幪?hào)材料一般吸附性能指標(biāo)排列順序?qū)λ兴姆N典型有機(jī)物吸附容量和吸附速度排列名次長(zhǎng)江水質(zhì)下運(yùn)行試驗(yàn)排列名次比表面積碘值亞甲基藍(lán)吸附值四氯化碳吸附值腐殖酸富里酸木質(zhì)素丹寧1#煤5539102#椰殼117111111113#果殼106983334#椰殼21212（2）（2）（2）2（2）25#山桃殼85796#杏殼74361（1）（1）（1）1（1）17#椰殼33651098#果殼910109#椰殼12127610#椰殼（日本）688788411#椰殼（美國(guó)）4

12、44注 （）內(nèi)為吸附速度排列順序表6 第二次擴(kuò)大試驗(yàn)時(shí)不同試驗(yàn)方法測(cè)得的活性炭吸附性能名次順序?qū)φ栈钚蕴烤幪?hào)材料一般吸附性能指標(biāo)排列順序?qū)λ兴姆N典型有機(jī)物吸附容量和吸附速度排列名次實(shí)際水質(zhì)運(yùn)行試驗(yàn)排列名次比表面積碘值亞甲基藍(lán)吸附值四氯化碳吸附值腐殖酸富里酸木質(zhì)素丹寧黃浦江水太湖水黃巢湖水1#山桃殼79794232#杏殼68573(3)443#椰殼1611523(3)42224#果殼343343(2)45#果殼95881(1)4(1)1(1)1(1)1116#煤2122817#椰殼47449(9)9(9)9(9)9(9)5558#煤83669#果殼52552(2)2(2)3(2)334注 （）

13、內(nèi)為吸附速度排列順序從表中可以看，采用四種典型有機(jī)物做吸附質(zhì)測(cè)得的不同活性炭吸附性能排列順序與實(shí)際水質(zhì)條件下運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果是一致的，而碘值等一般吸附性能指標(biāo)的排列順序與運(yùn)行結(jié)果不同。 至此已說(shuō)明，在五種實(shí)際水質(zhì)下(長(zhǎng)江、黃浦江、淮河、太湖、黃巢湖)用測(cè)量活性炭對(duì)天然 水中四種典型有機(jī)物吸附容量和吸附速度來(lái)選擇水處理用活性炭的方法是正確的。4 結(jié)論與討論活性炭一般吸附性能指標(biāo)(比表面積、碘值、四氯化碳吸附值、亞甲基藍(lán)吸附值)與活性炭對(duì)天然水中有機(jī)物的吸附性能相關(guān)性不好，若用這些指標(biāo)來(lái)選擇水處理用活性炭，會(huì)得 出錯(cuò)誤的結(jié)果。其原因主要是由于天然水中天然有機(jī)物分子量巨大，分子體積大，活性炭對(duì) 其吸附很大程度上受過(guò)渡孔通道多少的 影響 。而活性炭對(duì)碘值、四氯化碳、亞甲基藍(lán)吸附則多在微孔進(jìn)行，所以，吸附天然水中有機(jī)物的活性炭應(yīng)當(dāng)關(guān)注其過(guò)渡孔的多少，而不應(yīng)單純追求微孔(比表面積)的多少。采用測(cè)量活性炭對(duì)水中四種典型有機(jī)物(腐殖酸、富里酸、木質(zhì)素、丹