一種利用活性炭進行水處理的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種利用活性炭進行水處理的方法。
【背景技術】
[0002]隨著GB5749-2006標準的貫徹和實施，在水源水質污染日益加劇的今天，現有凈 水廠采用的傳統常規工藝，很難有效去除形成嗅、味、色度和C0D的有機化合物，這些有機 化合物不僅造成嗅、味和色度等表觀指標不達標，還會干擾人體內分泌系統的正常工作，對 廣大人民群眾的生活安全與健康形成了嚴重威脅。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可行的給水深度處理工藝。臭氧一生物活性炭技術（〇 3/ BAC)采用臭氧氧化和生物活性炭濾聯用的方法，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，并獲得了廣泛應用。其主要目的是在常規處理之后進一步去 除水中有機污染物、氯消毒副產物的前體物以及氨氮，降低出水中的BD0C和A0C，保證凈水 工藝出水的化學穩定性和生物穩定性。
[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，主要是孔隙結構和表 面的化學基團，而在這兩者之中，孔隙結構又是第一位的。按照前蘇聯科學院院士杜比寧 (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 同的孔徑能夠發揮出與其相應的功能：微孔（RS20A)擁有很大的比表面積，呈現出很強的 吸附作用沖孔（R=20~500A)能用于添載觸媒及藥劑，隨著所擔載化學藥品的種類不 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，能使無機的碳材 料發揮生物質的功能。
[0004] 以往及目前，在應用活性炭進行水處理的技術領域中，針對吸附用活性炭，還沒有 以水源水質分析為基礎的活性炭選擇法，所以就不可避免的存在著未能考慮被處理水的實 際因素、只能選擇市場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。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種利用活性炭進行水處理的方法。
[0006] 由于吸附是建立在分子擴散基礎上的，因此只有當吸附質的分子小于吸附劑的孔 隙時，吸附劑的內表面才可能發揮作用。
[0007] 故本發明提供的利用活性炭進行水處理的方法，包括如下步驟：在03/BAC水處理 工藝中用活性炭進行水處理；其中，所述活性炭按照如下標準選擇：
[0008] 選擇碘吸附值大于950mg/g且亞甲基藍的吸附值大于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以下的有機物分子的質量大于 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] 本發明還提供了一種利用活性炭進行水處理的方法，包括如下步驟：在03/BAC水 處理工藝中用活性炭進行水處理；其特征在于：所述活性炭按照如下標準選擇：
[0014] 選擇孔隙直徑不小于待處理水中的有機物的分子直徑的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以下的有機物分子的質量大于30mg時，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行：
[0021] 1)確定活性炭的有效孔隙結構
[0022] 活性炭是由微細的石墨狀微晶體和將它們連接在一起的碳氫化合物構成，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揮吸附污染物的作用。根 據分子本身的大小不同，每種物質都有對應的最小孔隙尺寸，污染物能進入的孔隙稱為有 效孔隙(或將污染物能夠接近的活性炭表面稱為有效表面)。
[0023] 針對活性炭去除的主要對象一有機物分子而言，本發明人通過實驗找到了這個區 分有效和無效孔隙的數值，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，吸附才能發生。由此便可以根據污染物分子的大小來確定所需要的活性炭 的孔隙結構。
[0024] 2)確定活性炭的孔隙結構分布
[0025] 2. 1)測定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)為表征的有機化合物。 這些物質的存在給人類帶來許多危害。文獻中曾經用圖1將構成C0D或B0D的物質的分子 尺寸進行了歸納，其尺寸均在50A以下，對應的分子量為10000道爾頓。由此找到了表征 COD^的物質，其分子尺寸均小于50人，對應分子量為1〇〇〇〇。
[0027] 基于以上認識可知，要使活性炭孔隙適應全部的污染物是不大可能的，只能照顧 多數。鑒于原水中有機物呈現以低分子量有機物為主的特征，于是將著眼點立足于分子量 <lkDa以下的污染物質。分子量處于這個范圍的物質有：糖類、合成染料、殺蟲劑、除莠劑、 內毒素(致熱質一引起發燒的物質)。上述這些物質中除糖類對人類不構成危害外，其余幾 項都是人類健康有害的物質，需要認真對待加以去除。另據Chang等的研究，消毒副產物 (DBP)中的CHC13和CHC12主要是由相對分子質量1~0. 5kDa的有機物產生，而毒性更大 的CHClBr2和CHBr3則是由相對分子質量〈0. 5kDa的有機物產生。因此，將活性炭孔隙分布 所適應的污染物分子量定在lkDa以下是有現實意義的。
[0028] 本發明人通過先測定新鮮炭的孔徑分布，再測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，研究結果表明，只有當孔隙的直徑（D)與吸附質分子直徑（d)只 比大于1. 7倍時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，吸附才能發生；孔容的利用率是D/d的函數，其最高利用率發生在1. 7〈D/d〈3的范圍 內。隨著D/d值的增大，孔容利用率降低。活性炭的吸附容量取決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，根據孔容利用 率，即D/d的大小，就可以選擇適合吸附目標污染物的活性炭。
[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構特征，可以在選 擇活性炭時做到有的放矢，即針對預處理水中有機物含量的多寡、分子量分布，來確定合適 的孔隙結構，從而大大提高水處理效果，做到資源合理配置、物盡其用。
[0030] 根據本發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 論，可得到不同分子量有機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、分子尺寸及對應孔徑的推算值
[0032]
【主權項】
1. 一種利用活性炭進行水處理的方法，包括如下步驟：在水處理工藝中用活性炭進行 水處理；其特征在于：所述活性炭按照如下標準選擇： 選擇碘吸附值大于950mg/g且亞甲基藍的吸附值大于200mg/g的活性炭。
2. 根據權利要求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 的有機物分子的質量大于30mg。
3. 根據權利要求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. 根據權利要求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行 水處理；其特征在于：所述活性炭按照如下標準選擇： 選擇孔隙直徑不小于待處理水中的有機物的分子直徑的1. 7倍的活性炭。
6. 根據權利要求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 中的有機物分子直徑的1. 7-3倍。
7. 根據權利要求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以下的有機物分子的質量大于30mg時，所述活性炭中的孔隙直徑為17 A~ 37.91 Ao
8. 根據權利要求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. 根據權利要求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】本發明公開了一種利用活性炭進行水處理的方法。該方法包括如下步驟：在水處理工藝中用活性炭進行水處理；其中，所述活性炭按照如下標準選擇：選擇碘吸附值大于950mg/g且亞甲基藍的吸附值大于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，具有重要的應用價值。
【IPC分類】C02F1-28
【公開號】CN104761018
【申請號】CN201410003205
【發明人】劉文君, 董麗華, 蔣仁甫, 王占生
【申請人】清華大學, 泰興一心活性炭科技有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2014年1月3日