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煤質(zhì)活性炭在飲用水凈化中的應(yīng)用
摘 要:分析了我國水資源日趨緊缺的現(xiàn)狀和水污染日益嚴(yán)重的形勢,論述了在我國運(yùn)用煤質(zhì)煤質(zhì)活性炭吸附法
凈化飲用水的重要性、迫切性和可行性,并介紹了目前世界上飲用水凈化的成熟技術(shù)和新興技術(shù)。
關(guān)鍵詞:飲用水凈化;煤質(zhì)煤質(zhì)活性炭;煤質(zhì)活性炭吸附;臭氧化;生物煤質(zhì)活性炭;超濾
隨著我國社會與經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展,飲用水量需求不斷增加,對飲用水質(zhì)量的要求越來越高。而由于我國污水處理能力低、污染物排放呈增加趨勢,因此當(dāng)前和今后相當(dāng)長一段時(shí)期內(nèi)我國城市供水所面臨的突出問題將是水質(zhì)問題。根據(jù)我國7大水系和內(nèi)陸河流的110個(gè)重要河段統(tǒng)計(jì),符合“地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”Ⅰ、Ⅱ類的占32%,Ⅲ類的占29%,屬于Ⅳ、Ⅴ類的占39%。特別是有機(jī)物污染,異臭,有毒物質(zhì)污染,油污染,富營養(yǎng)化,放射性污染等,水中曾一次性檢測出有機(jī)污染物高達(dá)上百種(其中部分是具有致癌、致畸、致突變作用的有機(jī)污染物)。飲用水水源的污染,致使飲用水水質(zhì)惡化,對城鄉(xiāng)居民身體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。采用傳統(tǒng)的給水凈化工藝(混凝、沉淀、過濾、消毒),已不能與現(xiàn)有的水源水質(zhì)和不斷提高的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)。因此,積極探索新技術(shù)、新工藝,是解決我國飲用水污染問題的迫切需求。
目http://www.gydfjs.com 前世界上最完善的飲用水凈化技術(shù)就是煤質(zhì)煤質(zhì)活性炭吸附法。煤質(zhì)煤質(zhì)活性炭是一種多孔性的含炭物質(zhì),具有極其豐富的微孔體積和巨大的比表面積,表現(xiàn)出良好的吸附性能。我國是世界上最大的煤質(zhì)煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)國和出口國,煤質(zhì)煤質(zhì)活性炭吸附法應(yīng)作為我國飲用水凈化的主要選擇。目前,國際上主流的煤質(zhì)煤質(zhì)活性炭吸附法有以下幾種:
一、臭氧煤質(zhì)活性炭聯(lián)用技術(shù)
臭氧煤質(zhì)活性炭聯(lián)用工藝,1961年在德國的AmAtard水廠首先使用?？紤]到水處理中使用的煤質(zhì)活性炭能較有效去除小分子有機(jī)物,但對大分子有機(jī)物的去除很有限;當(dāng)水中大分子有機(jī)物含量較多,勢必會使煤質(zhì)活性炭的吸附表面加速飽和,得不到充分利用,縮短使用周期。若進(jìn)水先經(jīng)臭氧氧化,使水中大分子有機(jī)物分解為小分子狀態(tài)。如芳香族化合物可以被臭氧氧化打開苯環(huán)、長鏈的大分子化合物可以被氧化成短鏈小分子物質(zhì)等,這就提高了有機(jī)物進(jìn)入煤質(zhì)活性炭微孔內(nèi)部的可能性,充分發(fā)揮了煤質(zhì)活性炭的吸附表面,延長了煤質(zhì)活性炭的使用周期。同時(shí)臭氧還發(fā)揮了煤質(zhì)活性炭所不具備的殺菌作用。而煤質(zhì)活性炭還能有效地吸附臭氧氧化過程中產(chǎn)生的大量中間產(chǎn)物,包括解決了臭氧無法去除的三鹵甲烷及其前驅(qū)物質(zhì),并保證了最后出水的生物穩(wěn)定性。因此,臭氧煤質(zhì)活性炭聯(lián)用技術(shù)自1961年開始使用以來,在世界發(fā)達(dá)國家得到了廣泛應(yīng)用。其工藝流程見下圖。
二、生物煤質(zhì)活性炭技術(shù)
生物煤質(zhì)活性炭技術(shù)是隨著煤質(zhì)活性炭在飲用水處理中的大量使用而出現(xiàn)的,最早應(yīng)用于德國的慕尼黑市Dohne水廠。中試和生產(chǎn)規(guī)模的應(yīng)用分別在1977年和1978年開始。試驗(yàn)表明,采用預(yù)臭氧生物煤質(zhì)活性炭工藝后的出水要優(yōu)于原有的預(yù)氯化煤質(zhì)活性炭吸附。這在歐洲其他一些國家的飲用水處理運(yùn)行情況中也得到證實(shí)。采用生物煤質(zhì)活性炭技術(shù)后,與原先單獨(dú)使用煤質(zhì)活性炭吸附工藝相比,出水水質(zhì)得到提高,也增加了水中溶解性有機(jī)物的去除。從而降低了后氯化時(shí)的氯劑投加量,降低了三鹵甲烷的生成量,而且延長了煤質(zhì)活性炭的再生周期,減少了運(yùn)行費(fèi)用。生物煤質(zhì)活性炭對有機(jī)物的作用機(jī)理,可看作是物理吸附和生物降解的簡單組合。以粒狀煤質(zhì)活性炭為載體富集水中的微生物而形成生物膜,通過生物膜的生物降解和煤質(zhì)活性炭的吸附去除水中污染物,同時(shí)生物膜能通過降解煤質(zhì)活性炭吸附的部分污染物而再生煤質(zhì)活性炭,從而大大延長了煤質(zhì)活性炭的使用周期。使用該技術(shù)進(jìn)行飲用水深度處理時(shí),通常前提條件是應(yīng)避免預(yù)氯化處理。否則微生物不能在煤質(zhì)活性炭上生長,也就失去了生物煤質(zhì)活性炭的生物氧化作用。
三、煤質(zhì)活性炭與超濾組合技術(shù)
超濾膜過濾飲用水深度凈化工藝是近年發(fā)展起來的一種新興工藝,其顯著優(yōu)點(diǎn)是能有效去除水中的病原菌(如賈第蟲孢囊、隱孢子蟲卵囊和大腸桿菌)。超濾膜對有機(jī)物的去除率取決于原水水質(zhì)和膜孔的大小,在較大的范圍內(nèi)變化。在超濾膜的應(yīng)用過程中,最重要的是膜阻塞和膜污染問題。水中的有機(jī)物、無機(jī)物、懸浮固體顆粒、微生物和膠體物質(zhì)等,在膜表面和膜孔內(nèi)累積將破壞膜的運(yùn)行性能,并極大地縮短膜的使用壽命。煤質(zhì)活性炭與超濾膜的組合系統(tǒng)克服了單用任何一種處理手段時(shí)的弱點(diǎn),如煤質(zhì)活性炭出水中常常含有一定量的細(xì)菌而影響出水的水質(zhì),超濾膜則存在膜阻塞和膜污染的問題。在組合系統(tǒng)中,利用煤質(zhì)活性炭對進(jìn)水進(jìn)行必要的前處理,如去除水中大部分的濁度、各種類型的有機(jī)化合物和色度。這些物質(zhì)的去除為后續(xù)的膜過濾提供了必要的保障,從而緩解了膜阻塞和膜污染問題,延長了膜的使用壽命。用膜進(jìn)行后處理有效地解決了出水中含有一定量細(xì)菌的問題,保障了出水水質(zhì)。
除此之外,還有一些新興技術(shù),如:
光氧化技術(shù)
光氧化技術(shù)是利用在可見光或紫外光照射作用下進(jìn)行的復(fù)雜反應(yīng)。該技術(shù)的特點(diǎn)是具有極強(qiáng)的氧化能力,有機(jī)物去除效率高,對水中有機(jī)優(yōu)先控制污染物如三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、六氯苯及多氯聯(lián)苯等也能有效進(jìn)行分解。從上世紀(jì)80年代以來,對該技術(shù)的研究范圍又?jǐn)U大到飲用水深度處理領(lǐng)域,在飲用水深度凈化方面具有良好的應(yīng)用前景。目前該技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室和中試階段。
超聲空化技術(shù)
頻率在15KHz以上的超聲波輻照溶液所引起的化學(xué)變化稱之為超聲空化效應(yīng)。超起空化是指水中的微小泡核在超聲波作用下被激化,表現(xiàn)為泡核的振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列動力學(xué)過程。超聲空化技術(shù)就是利用聲解將水中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、無機(jī)離子和有機(jī)酸等成分。該技術(shù)具有少污染或無污染、設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)還伴有殺菌消毒功效,是一種很有潛力的水處理技術(shù)。
吹脫技術(shù)
吹脫技術(shù)是使水作為不連續(xù)相與空氣接觸,利用水中溶解化合物的實(shí)際濃度與平衡濃度之間的差異,將揮發(fā)性組分不斷由液相擴(kuò)散到氣相中,達(dá)到去除揮發(fā)性有機(jī)物的目的。美國環(huán)境保護(hù)協(xié)會(USEPA)指定其為去除揮發(fā)性有機(jī)物最可行的技術(shù)(BAT)。
載銀煤質(zhì)活性炭技術(shù)
載銀煤質(zhì)活性炭技術(shù)就是在凈水過程中,載銀煤質(zhì)活性炭緩慢釋放出微量的銀離子,進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)而使其死亡,達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。
從以上分析不難看出,各種飲用水深度處理方法的基本作用原理,無非是吸附、殺菌、氧化、生物降解和過濾等。隨著水體污染日益嚴(yán)重,任何單一的凈水方法都已不能滿足人們對水質(zhì)的要求,必須根據(jù)不同的水源水質(zhì)采用既有效又經(jīng)濟(jì)的組合法。但是不管采用哪種方法,煤質(zhì)煤質(zhì)活性炭吸附都是必不可少的重要手段。
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