一種利用活性炭進(jìn)行水處理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用活性炭進(jìn)行水處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著GB5749-2006標(biāo)準(zhǔn)的貫徹和實(shí)施，在水源水質(zhì)污染日益加劇的今天，現(xiàn)有凈 水廠采用的傳統(tǒng)常規(guī)工藝，很難有效去除形成嗅、味、色度和C0D的有機(jī)化合物，這些有機(jī) 化合物不僅造成嗅、味和色度等表觀指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，還會(huì)干擾人體內(nèi)分泌系統(tǒng)的正常工作，對(duì) 廣大人民群眾的生活安全與健康形成了嚴(yán)重威脅。由于活性炭（AC)能有效吸附去除上述污 染物，因此成為十分重要而且切實(shí)可行的給水深度處理工藝。臭氧一生物活性炭技術(shù)（〇 3/ BAC)采用臭氧氧化和生物活性炭濾聯(lián)用的方法，將臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解合為 一體，取得了良好的凈水效果，并獲得了廣泛應(yīng)用。其主要目的是在常規(guī)處理之后進(jìn)一步去 除水中有機(jī)污染物、氯消毒副產(chǎn)物的前體物以及氨氮，降低出水中的BD0C和A0C，保證凈水 工藝出水的化學(xué)穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性。
[0003] 影響水處理用活性炭性能的因素很多，就活性炭本身而言，主要是孔隙結(jié)構(gòu)和表 面的化學(xué)基團(tuán)，而在這兩者之中，孔隙結(jié)構(gòu)又是第一位的。按照前蘇聯(lián)科學(xué)院院士杜比寧 (DUBININ)劃分法，活性炭的孔隙分類如下：微孔（RS20A)，中孔（R=20~500A)，大孔 (R>50〇A);微孔又可以劃分為真微孔.（R<6-7A)和次微孔（6-7A<R<15~16A)。不 同的孔徑能夠發(fā)揮出與其相應(yīng)的功能：微孔（RS20A)擁有很大的比表面積，呈現(xiàn)出很強(qiáng)的 吸附作用沖孔（R=20~500A)能用于添載觸媒及藥劑，隨著所擔(dān)載化學(xué)藥品的種類不 同，具有不同的功能；大孔（R>50〇A)通過讓微生物及菌類在其中繁殖，能使無機(jī)的碳材 料發(fā)揮生物質(zhì)的功能。
[0004] 以往及目前，在應(yīng)用活性炭進(jìn)行水處理的技術(shù)領(lǐng)域中，針對(duì)吸附用活性炭，還沒有 以水源水質(zhì)分析為基礎(chǔ)的活性炭選擇法，所以就不可避免的存在著未能考慮被處理水的實(shí) 際因素、只能選擇市場(chǎng)上已有的活性炭從而造成吸附效果不徹底以及資源的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種利用活性炭進(jìn)行水處理的方法。
[0006] 由于吸附是建立在分子擴(kuò)散基礎(chǔ)上的，因此只有當(dāng)吸附質(zhì)的分子小于吸附劑的孔 隙時(shí)，吸附劑的內(nèi)表面才可能發(fā)揮作用。
[0007] 故本發(fā)明提供的利用活性炭進(jìn)行水處理的方法，包括如下步驟：在03/BAC水處理 工藝中用活性炭進(jìn)行水處理；其中，所述活性炭按照如下標(biāo)準(zhǔn)選擇：
[0008] 選擇碘吸附值大于950mg/g且亞甲基藍(lán)的吸附值大于200mg/g的活性炭。
[0009] 上述方法中，每升待處理水中，分子量為l〇〇〇Da以下的有機(jī)物分子的質(zhì)量大于 30mg〇
[0010] 所用活性炭的碘吸附值具體可為962mg/g，亞甲基藍(lán)的吸附值具體可為258mg/g ;
[0011] 待處理水的⑶^值為小于20mg/l，具體可小于10mg/l或小于4mg/l;
[0012] 所述水處理工藝具體可為03/BAC水處理工藝。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種利用活性炭進(jìn)行水處理的方法，包括如下步驟：在03/BAC水 處理工藝中用活性炭進(jìn)行水處理；其特征在于：所述活性炭按照如下標(biāo)準(zhǔn)選擇：
[0014] 選擇孔隙直徑不小于待處理水中的有機(jī)物的分子直徑的1. 7倍的活性炭。
[0015] 上述方法中，所述活性炭的孔隙直徑為所述待處理水中的有機(jī)物分子直徑的 1. 7-3 倍。
[0016] 每升所述待處理水中分子量為l〇〇〇Da以下的有機(jī)物分子的質(zhì)量大于30mg時(shí)，所 述活性炭中的孔隙直徑為丨7A~37.9丨A。
[0017] 待處理水的C0Dto值為小于20mg/l。
[0018] 所述水處理工藝具體可為03/BAC水處理工藝。
[0019] 上述兩方法中，所用活性炭具體可為購自江蘇省泰興一心活性炭科技有限公司的 JT-1型活性炭。
[0020] 在具體水處理過程中可按照如下步驟進(jìn)行：
[0021] 1)確定活性炭的有效孔隙結(jié)構(gòu)
[0022] 活性炭是由微細(xì)的石墨狀微晶體和將它們連接在一起的碳?xì)浠衔飿?gòu)成，固體部 分之間的間隙即是孔隙。研究表明，并非所有的活性炭孔隙都能發(fā)揮吸附污染物的作用。根 據(jù)分子本身的大小不同，每種物質(zhì)都有對(duì)應(yīng)的最小孔隙尺寸，污染物能進(jìn)入的孔隙稱為有 效孔隙(或?qū)⑽廴疚锬軌蚪咏幕钚蕴勘砻娣Q為有效表面)。
[0023] 針對(duì)活性炭去除的主要對(duì)象一有機(jī)物分子而言，本發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)找到了這個(gè)區(qū) 分有效和無效孔隙的數(shù)值，即D/d> 1. 7,也就是說，只有孔隙直徑大于等于污染物分子直 徑的1.7倍時(shí)，吸附才能發(fā)生。由此便可以根據(jù)污染物分子的大小來確定所需要的活性炭 的孔隙結(jié)構(gòu)。
[0024] 2)確定活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)分布
[0025] 2. 1)測(cè)定C01 (或T0C)的分子尺寸及分子量大小
[0026] 活性炭在給水深度處理中的作用是去除以C0Dto (或T0C)為表征的有機(jī)化合物。 這些物質(zhì)的存在給人類帶來許多危害。文獻(xiàn)中曾經(jīng)用圖1將構(gòu)成C0D或B0D的物質(zhì)的分子 尺寸進(jìn)行了歸納，其尺寸均在50A以下，對(duì)應(yīng)的分子量為10000道爾頓。由此找到了表征 COD^的物質(zhì)，其分子尺寸均小于50人，對(duì)應(yīng)分子量為1〇〇〇〇。
[0027] 基于以上認(rèn)識(shí)可知，要使活性炭孔隙適應(yīng)全部的污染物是不大可能的，只能照顧 多數(shù)。鑒于原水中有機(jī)物呈現(xiàn)以低分子量有機(jī)物為主的特征，于是將著眼點(diǎn)立足于分子量 <lkDa以下的污染物質(zhì)。分子量處于這個(gè)范圍的物質(zhì)有：糖類、合成染料、殺蟲劑、除莠劑、 內(nèi)毒素(致熱質(zhì)一引起發(fā)燒的物質(zhì))。上述這些物質(zhì)中除糖類對(duì)人類不構(gòu)成危害外，其余幾 項(xiàng)都是人類健康有害的物質(zhì)，需要認(rèn)真對(duì)待加以去除。另據(jù)Chang等的研究，消毒副產(chǎn)物 (DBP)中的CHC13和CHC12主要是由相對(duì)分子質(zhì)量1~0. 5kDa的有機(jī)物產(chǎn)生，而毒性更大 的CHClBr2和CHBr3則是由相對(duì)分子質(zhì)量〈0. 5kDa的有機(jī)物產(chǎn)生。因此，將活性炭孔隙分布 所適應(yīng)的污染物分子量定在lkDa以下是有現(xiàn)實(shí)意義的。
[0028] 本發(fā)明人通過先測(cè)定新鮮炭的孔徑分布，再測(cè)定飽和炭的孔徑分布開展了活性炭 有效孔隙直徑的研究工作，研究結(jié)果表明，只有當(dāng)孔隙的直徑（D)與吸附質(zhì)分子直徑（d)只 比大于1. 7倍時(shí)的孔隙容積才是有效的，S卩，只有孔隙直徑大于等于污染物分子直徑的1. 7 倍時(shí)，吸附才能發(fā)生；孔容的利用率是D/d的函數(shù)，其最高利用率發(fā)生在1. 7〈D/d〈3的范圍 內(nèi)。隨著D/d值的增大，孔容利用率降低?；钚蕴康奈饺萘咳Q于其有效孔隙容積的多 少。有效孔隙容積大，則吸附量就大；有效孔隙容積小，則吸附量就小。由此，根據(jù)孔容利用 率，即D/d的大小，就可以選擇適合吸附目標(biāo)污染物的活性炭。
[0029] 具體的說，知道了吸附用給水深度處理活性炭所需要的孔隙結(jié)構(gòu)特征，可以在選 擇活性炭時(shí)做到有的放矢，即針對(duì)預(yù)處理水中有機(jī)物含量的多寡、分子量分布，來確定合適 的孔隙結(jié)構(gòu)，從而大大提高水處理效果，做到資源合理配置、物盡其用。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明提供的活性炭的孔隙直徑不小于所述污染物分子直徑的1. 7倍的結(jié) 論，可得到不同分子量有機(jī)物的分子尺寸及所需要的活性炭的最小孔徑，詳見表1。
[0031] 表1、分子量、分子尺寸及對(duì)應(yīng)孔徑的推算值
[0032]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用活性炭進(jìn)行水處理的方法，包括如下步驟：在水處理工藝中用活性炭進(jìn)行 水處理；其特征在于：所述活性炭按照如下標(biāo)準(zhǔn)選擇： 選擇碘吸附值大于950mg/g且亞甲基藍(lán)的吸附值大于200mg/g的活性炭。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：每升待處理水中，分子量為1000 Da以下 的有機(jī)物分子的質(zhì)量大于30mg。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1-2任一所述的方法，其特征在于：待處理水的CODsfa值小于20mg/l。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的方法，其特征在于：所述水處理工藝為03/BAC水處理 工藝。
5. -種利用活性炭進(jìn)行水處理的方法，包括如下步驟：在水處理工藝中用活性炭進(jìn)行 水處理；其特征在于：所述活性炭按照如下標(biāo)準(zhǔn)選擇： 選擇孔隙直徑不小于待處理水中的有機(jī)物的分子直徑的1. 7倍的活性炭。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：所述活性炭的孔隙直徑為所述待處理水 中的有機(jī)物分子直徑的1. 7-3倍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于：每升所述待處理水中分子量 為1000 Da以下的有機(jī)物分子的質(zhì)量大于30mg時(shí)，所述活性炭中的孔隙直徑為17 A~ 37.91 Ao
8. 根據(jù)權(quán)利要求5-7任一所述的方法，其特征在于：待處理水的CODsfa值小于20mg/l。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5-8任一所述的方法，其特征在于：所述水處理工藝為03/BAC水處理 工藝。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用活性炭進(jìn)行水處理的方法。該方法包括如下步驟：在水處理工藝中用活性炭進(jìn)行水處理；其中，所述活性炭按照如下標(biāo)準(zhǔn)選擇：選擇碘吸附值大于950mg/g且亞甲基藍(lán)的吸附值大于200mg/g的活性炭；或者，選擇孔隙直徑不小于待處理水中的有機(jī)物的分子直徑的1.7倍的活性炭。該方法能夠使吸附用活性炭的選擇有的放矢，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】C02F1-28
【公開號(hào)】CN104761018
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410003205
【發(fā)明人】劉文君, 董麗華, 蔣仁甫, 王占生
【申請(qǐng)人】清華大學(xué), 泰興一心活性炭科技有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2014年1月3日