飲用水深度處理活性炭的應(yīng)用技術(shù)，活性炭詳情活性炭深度處理技術(shù) 活性炭生產(chǎn)制備技術(shù)
1）連續(xù)化、無公害化制造技術(shù)
歐美等發(fā)達(dá)國家在活性炭制造技術(shù)方面已完成大型化、自動化、連續(xù)化、無公害化制造體系：如美國的卡爾崗公司、維斯特維公司、荷蘭的諾力特公司、年產(chǎn)活性炭均超過萬噸，員工僅100多人。而且對制造新工藝的研究與活性炭微孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)基團(tuán)的關(guān)系研究，做到了品種的專用化和多樣化。如美國、日本的活性炭產(chǎn)品品種達(dá)到數(shù)百種。
2）活化劑低消耗制造工藝
傳統(tǒng)化學(xué)法制造活性炭的缺點(diǎn)是活化劑消耗大，回收率低，產(chǎn)生的廢水廢氣對環(huán)境造成危害。隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，日本氯化鋅法活性炭生產(chǎn)技術(shù)采用回轉(zhuǎn)爐兩段法，較低溫活化，其氯化鋅消耗量極低。美國磷酸法生產(chǎn)活性炭，磷酸消耗在20%(每噸活性炭的酸耗)以下，生產(chǎn)環(huán)境清潔。磷酸的低消耗不僅大大降低生產(chǎn)成本，最主要保護(hù)了環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。
3）原料預(yù)處理
活性炭原料的預(yù)處理包括脫灰和預(yù)氧化?；钚蕴可a(chǎn)原料為木質(zhì)、煤質(zhì)等天然產(chǎn)物，均含有一定量的雜質(zhì)，如Si、Al、Ca、Mg等元素，這些成分在活性炭制備過程中有極敏感的阻止微孔形成的作用通過對原料脫灰預(yù)處理，能顯著提高活性炭性能。以煤質(zhì)原料為例，國內(nèi)外研究采用新的研磨技術(shù)結(jié)合化學(xué)洗滌法，可獲得灰分為1%的精煤，但是成本相對較高。
活化前對原材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)难趸幚?，可以提高活性炭的吸附性能和產(chǎn)率。原料預(yù)氧化對活化過程有兩點(diǎn)較為明確的優(yōu)點(diǎn)：一是能降低活化溫度和縮短活化時間；二是通過原料的預(yù)氧化后增加了原料的表面活性，使得活化作用更容易深入到原料顆粒內(nèi)部。原料預(yù)氧化處理一般有干和濕兩種方法干法為在一定加熱條件下，用空氣、氧氣等氣體作為氧化劑，濕法則常用硝酸、硫酸等作氧化劑。研究表明，氧化預(yù)處理可獲得煤質(zhì)活性炭比表面積3 000m2/g,碘吸附值1 500mg/g,亞甲基藍(lán)吸附值300 mg/g,苯酚吸附值250 m g/g的性能，對于木質(zhì)活性炭的亞甲基藍(lán)吸附值可達(dá)到760 mg/g。
3）使用催化活化劑
當(dāng)利用物理活化法制備超級活性炭時，添加催化劑進(jìn)行催化活化可成倍提高反應(yīng)速率，降低活化溫度，并且孔徑分布集中。例如，國內(nèi)專利以采用鈣催化物理活化法，C-H2O反應(yīng)活化能從185 kJ/mol降低到164～169 kJ/mol，孔徑集中于5～10 nm。日本專利采用過渡金屬元素作催化劑，不僅減少了反應(yīng)時間，而且獲得比表面積達(dá)到2 500～3 000m2/g的超級活性炭，有代表性的過渡金屬化合物有Fe2 (NO3)3、Fe(OH)3、FePO4、FeBr3、Fe2O3等。但過快的反應(yīng)速度可能會使微孔壁面被燒穿，破壞微孔結(jié)構(gòu)。
4）使用模板
在無機(jī)物模板內(nèi)很小空間(納米級)中引入有機(jī)聚合物并使其炭化，然后用強(qiáng)酸將模板溶掉后即可制得與無機(jī)物模板的空間結(jié)構(gòu)相似的多孔炭材料，該方法可制得孔徑分布窄、選擇吸附性高的中孔活性炭。美國、日本有利用硅凝膠微粒(75～147μm,比表面積470m2,孔徑4.7 nm)作為模板,制成比表面積1 100～2 000m2/g,孔徑為1～10 nm,并集中在2 nm的窄孔徑分布的活性炭材料。利用模板法制備活性炭的優(yōu)點(diǎn)是可以通過改變模板的方法控制活性炭的孔分布，但該方法的缺點(diǎn)是制備工藝復(fù)雜需用酸去掉模板，使成本提高。
今后,隨著各項(xiàng)新技術(shù)的交叉使用,傳統(tǒng)的活性炭生產(chǎn)工藝與新的技術(shù)相結(jié)合形成新的生產(chǎn)工藝有針對性地研制具有特殊吸附性能的活性炭將成為重要的研究方向之一。
內(nèi)容： 以下簡單介紹兩種活性炭深度處理技術(shù)。
一、氧-活性炭聯(lián)用深度處理技術(shù)
活性炭是一種由大孔、中孔、微孔組成的多孔性物質(zhì),對有機(jī)物的去除主要靠中孔和微孔的吸附作用。臭氧活性炭聯(lián)用深度處理技術(shù)采取先臭氧氧化后活性炭吸附，在活性炭吸附中又繼續(xù)氧化的方法。其基本原理是在炭層中投加臭氧，使水中的大分子轉(zhuǎn)化為小分子,改變其分子結(jié)構(gòu)形態(tài)，提供了有機(jī)物進(jìn)入較小孔隙的可能性，使大孔內(nèi)活性炭表面的有機(jī)物得到氧化分解，從而使活性炭可以充分吸附末被氧化的有機(jī)物，達(dá)到水質(zhì)深度凈化的目的。當(dāng)然臭氧活性炭聯(lián)用技術(shù)也有其局限性，如臭氧在破壞一些有機(jī)物結(jié)構(gòu)的同時也可能產(chǎn)生一些有毒有害的中間產(chǎn)物。研究結(jié)果表明，水源經(jīng)臭氧2活性炭吸附深度處理,氯化后出水水質(zhì)可能仍具有致突變性。
二、臭氧-生物活性炭技術(shù)
臭氧-生物活性炭工藝是采用活性炭物理化學(xué)吸附、臭氧化學(xué)氧化、生物氧化降解及臭氧滅菌消毒四種技術(shù)合為一體的工藝。首先利用臭氧預(yù)氧化作用，初步氧化分解水中的有機(jī)物及其它還原性物質(zhì)，降低生物活性炭濾池的有機(jī)負(fù)荷，同時臭氧氧化能使水中難以生物降解的有機(jī)物斷鏈、開環(huán)，轉(zhuǎn)化成簡單的脂肪烴，改變其生化特性。臭氧除了自身能將某些有害有機(jī)物氧化變成無害物外，在客觀上還可以增加小分子的有機(jī)物，使活性炭的吸附功能得到更好的發(fā)揮?；钚蕴磕軌蜓杆俚匚剿械娜芙庑杂袡C(jī)物，同時也能富集微生物，使其表面能夠生長出良好的生物膜，靠本身的充氧作用，炭床中的微生物就能以有機(jī)物為養(yǎng)料大量生長繁殖好氣菌，致使活性炭吸附的小分子有機(jī)物充分生物降解。臭氧-生物活性炭工藝能夠有效地去除水中的有機(jī)物和氨氮，對水中的無機(jī)還原性物質(zhì)、色度、濁度也有很好的去除效果，并且能有效地降低出水致突變活性，保證了飲用水的安全。但該法對污染源水的指標(biāo)（如氨氮含量）及原處理工藝（如預(yù)氯化）部分有一定的要求。
臭氧-生物活性炭工藝是目前世界上公認(rèn)的去除飲用水中有機(jī)污染物最為有效的深度處理方法之一。該工藝是在活性炭吸附的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，綜合了臭氧、活性炭兩者的優(yōu)點(diǎn)。若單獨(dú)使用臭氧，成本高，且水中可生物同化有機(jī)碳（AOC）增加，導(dǎo)致水的生物穩(wěn)定性變差；單獨(dú)使用活性炭，其吸附及微生物降解協(xié)同作用效果減弱，吸附的飽和周期縮短，為保持水質(zhì)目標(biāo)，必須經(jīng)常再生。臭氧-活性炭聯(lián)用工藝則有效地克服了以上兩者單獨(dú)采用的局限性，又充分發(fā)揮了兩者的優(yōu)點(diǎn)，使水質(zhì)處理效果大為改善。此外，采用臭氧-活性炭聯(lián)用工藝還能有效地降低AOC（生物可同化有機(jī)碳）值，使出水的生物穩(wěn)定性大為提高，活性炭上附著的微生物使其能長期保持活性，有效延長活性炭的再生周期。
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