活性炭在工业污水处理中的应用

　　活性炭是一种经特殊处理的炭，具有无数细小孔隙，表面积巨大，每克活性炭的表面积为500~1500m2。活性炭有很强的物理吸附和化学吸附功能，与多种化学物质结合，阻止这些物质的吸收。在废水处理中，活性炭主要用来去除废水中的微量污染物，以达到深度净化的目的。活性炭处理废水，吸附性能稳定，处理效率高，操作费用低，有一定的社会效益和经济效益。

　　一、活性炭的功用结构与性能特点

　　水处理活性炭一般为柱状颗粒，比表面积大，微孔发达，机械强度高，吸附性能强，吸附速度快，净化能力强，不易脱粉，化学性能稳定，易再生，使用寿命长。水处理活性炭以优质椰子壳、核桃壳、杏壳、桃壳、煤质为原料，经一系列生产工艺精制而成，适用于高纯度的生活饮用水、工业用水和废水处理的深度净化，对水中各种杂质如氯、酚、碑、铅、氧化物、农药等有害物质也有很高的去除率，可广泛用于装填各类大、中、小型净水器，也适用于糖类，清凉饮料的脱色和精制，以及室内外空气的净化，特别是加载了特殊成分的活性炭对室内有害气体如氨、甲醛等，具有更好的净化效能。活性炭对有机物的吸附能力大，在废水深度处理中得到广泛的应用，具有以下优点：处理程度高，城市污水用活性炭进行深度处理后，BOD可降低99%,TOC可降到1〜3mg/L;应用范围广，对废水中绝大多数有机物都有效，包括微生物难于降解的有机物;适应性强，对水量及有机物负荷的变动有较强的适应性能，可得到稳定的处理效果;粒状炭可进行再生重复使用，被吸附的有机物在再生过程中被烧掉，不产生污泥;可回收有用物质，例如用活性炭处理含酚废水，用碱再生吸附饱和的活性炭，可以回收酚钠盐;设备紧凑、管理方便。

　　活性炭一般是将90%以上通过80目标准筛或粒度小于0.175mm的粉状炭，具有吸附速度较快，吸附能力使用充分等优点，但需专用的分离方法，随着分离技术的进步和某些应用要求的出现，粉状炭的粒度有越来越细化的倾向，有的场合已达到微米甚至纳米级。颗粒活性炭为粒度大于0.175mm的活性炭，一般由颗粒状原料经炭化、活化，然后破碎筛分至需要颗粒度制成，也可以用粉状活性炭加入适当的粘结剂经适当加工而成。圆柱形活性炭，又称柱状炭，一般由粉状原料和粘结剂经混捏、挤压成型再经炭化、活化等工序制成，也可以用粉状活性炭加粘结剂挤压成型。球形活性炭形状为圆球形的活性炭，它的制取方法与柱状炭类似，但有成球过程，也可以用液态含碳原料经喷雾造粒、氧化、炭化、活化制成，还可以用粉状活性炭加粘结剂成球加工而成。活性炭纤维是新一代高效活性吸附材料和环保功能材料，是活性炭的更新换代产品，具有较高的技术含量和产品附加值，可使吸附装置小型化，吸附层薄层化，吸附漏损小，效率高，节能经济，可以完成颗粒活性炭无法实现的工作。

　　二、活性炭处理含氧废水

　　氧化物可在生物体内产生氧化氢，使细胞呼吸受到麻痹引起窒息死亡，含氤废水是指含有CN基团的工业废水。在有色金属矿物提取金银铜、氧化电镀、化工、热处理等行业生产工艺中均排放大量的含氧废水，特别是矿物选冶生产工艺中氧化物的用量很大，废水中氧的质量浓度较高，还含有大量的重金属、硫氧酸盐等化合物，对水环境污染很严重。国内含氧废水处理方法不较多，早期有碱氯法、酸氯法、因科法、酸化吸收-中和法、臭氧法、电解法、离子交换法、活性炭催化氧化法、生物法、加压水解法等。但面对不同的实际情况，我们应选择不同的方法进行处理。活性炭结构是由六环碳不规则排列而成，这就形成了活性炭多微孔及高表面积的特性。活性炭孔径为1〜10.5nm，比表面积一般为300〜1000m2/g，广泛应用于石化、电力、食品、环保和黄金等行业，其强大的吸附能力和催化能力被广大用户所认可。

　　含有氧化物的废水在有足够的溶解氧和铜离子的条件下，通过活性炭的催化氧化作用，生成NH3及CuCO3・Cu(OH)2等物质，从而破坏氧化物的毒性，同时铜和氤构成的络合离子被活性炭吸附。此种方法的优点是投资少，操作简单，费用低，水处理效果好。自然环境中普遍存在微量氧化物，主要来自肥料及有机质。但高浓度的氧化物来自含氧工业污水，主要有电镀污水、氤化提金、焦炉和高炉的煤气洗涤废水及冷却水、一些化工污水和选矿污水、合成橡胶、纤维和染料等工业等，其浓度可在1〜180mg/L以上，对人类的健康和牲畜、鱼类的生命都是一种严重的威胁。

　　国内自来水厂和城市污水处理厂加氯处理后的水需要进行�除活性余氯。活性炭法具有去除效率高，不产生二次污染，不仅能去除活性余氯，而且能去除水中有机物的特点，因此常用于大规模活性余氯脱除工艺。碱性氯化法是黄金矿山处理含氧废水常用方法之一，处理后溶液中含有一定浓度的活性余氯，不能直接进入生物处理系统或直接排入河流，但目前利用碱性氯化法处理含氧废水的黄金矿山均未有活性余氯脱除设施，因此增加活性炭脱除余氯设施势在必行，不仅脱除活性余氯、保护生态环境，还可以回收废水中少量的金、银，从而增加经济效益。活性炭脱除余氯是集吸附、催化和活性余氯与碳反应的一个综合过程。因此，活性炭在整个吸附脱除余氯过程中不存在吸附饱和问题，只是损失少量的活性炭。

　　尽管用了很多方法对废水进行处理，但多数工厂排放的含氤废水仍超过排放标准;有的虽然排放达标，但处理费用太高。例如电镀要求不一样，工艺所产生的废水成分也不一样，氧化物有剧毒，不能通过常规方法来去除，必须单独处理破氧，再与其他废水混合取出重金属。为此，人们一直在寻找操作简单、成本低、效果好的含氧废水处理方法。

　　三、活性炭处理含汞废水

　　汞主要消耗在氯碱工业上，其次是用于电力电子工业。此外，炸药制造业、杀虫剂和防腐剂生产及照相业也要使用汞，在化工和石油化学工业中，汞被用做塑料生产以及加氢、脱氢、磺化、氧化、氯化和酸解等反应的催化剂。在涂料、药物和化妆品工业中，汞化合物也被用做防腐剂在氯碱工业中，以汞为阴电极，制造氯气和苛性钠;聚氯乙烯、乙醛、醋酸乙烯的合成工业均以汞作为催化剂；电子仪表工业也常用到汞，故这些行业均排放含汞废水。汞对人体有严重的毒害作用，其中甲基汞在人体脑组织内积累，侵入中枢神经系统，破坏神经功能，严重时可导致死亡，汞是各国环境部门重点监控对象。

　　活性炭能有效地吸附废水中的汞，一些工厂己经采用此法处理含汞废水，但该法更适用于处理低浓度的含汞废水。如果含汞的浓度较高，可以先用化学沉淀法处理，处理后含汞约lmg/L,高时可达2〜3mg/L,然后再用活性炭做进一步的处理。将含汞废水以硫化钠或硫化钠-氢氧化钠溶液处理，利用硫化汞具有很小的离子浓度积之特点，使废水中的汞以高效率沉淀下来，达到使水净化的目的。

　　活性炭的处理效果，与若干因素有关包括汞的初始形态和浓度，活性炭的种类，pH控制值以及与活性炭与含汞废水的接触时间等。增大活性炭用量以及增加接触时间都可提高汞的驱除率，活性炭对有机汞的脱除作用比对无机汞更为有效。活性炭对高浓度含汞废水据有较高的驱除率，对低浓度汞的驱除率并不高，但出水中汞含量最低。偏碱性的含汞废水采用的多是化学凝聚法或硫化物沉淀法，偏酸性的含汞废水采用的多是金属还原法。当处理的含汞废水中有机汞的含量较高时，都需要先将有机汞转化为无机汞，再进行处理。

　　四、活性炭处理含酚废水

　　含酚废水是一种污染范围极广的工业废水，煤气厂、树脂厂、绝缘材料厂、焦化厂、石油裂解制乙烯、合成苯酚、聚酰胺纤维、合成染料、有机农药和酚醛树脂生产过程中均会产生含酚废水。含有酚类物质的废水来源广泛，危害较大，含酚废水不经处理排入水体，会危害水生生物的繁殖和生存。酚基化合物是一种原生质毒物，可使蛋白质凝固。水体含酚0.1〜0.2mg/L,鱼肉即有异味，不能食用;含酚lmg/L,会影响鱼产卵和回游，含酚5〜10mg/L,鱼类就会大量死亡。饮用水中含酚能影响人体健康，即使水中含酚质量浓度只有0.002mg/L,用氯消毒也会产生氯酚恶臭。农作物经高浓度含酚废水灌溉，会枯萎死亡。

　　活性炭对苯酚的吸附性能好，温度升高不利于吸附，使吸附容量减小；但升高温度达到吸附平衡的时间缩短。活性炭的用量和吸附时间存在最佳值，在酸性和中性条件下，去除率变化不大;强碱性条件下，苯酚去除率急剧下降，碱性越强，吸附效果越差。

　　五、活性炭处理含甲醇废水

　　甲醇废水在工业生产中较为常见，属高浓度有机废水。甲醇为无色挥发性液体，毒性很强，能在人体内蓄积，并有麻醉作用。甲醇废水广泛存在于人造纤维、制药、石油化工、林业化工及硫酸盐纸浆化工废水中。我国的氮肥厂每天排放出数十万吨工艺冷凝液和尿素水解水，这些仅受轻微污染的废水是潜力巨大的资源，具有很好的回收利用价值。氮肥厂工艺冷凝液和尿素水解水中最主要的污染物为低浓度甲醇，因而去除低浓度甲醇成为这类废水回收利用的关键。生物活性炭技术处理低浓度甲醇废水，为废水资源化提供了一种新途径。

　　活性炭可以吸附甲醇，但吸附能力不强，只适宜于处理含甲醇量低的废水。工程运行结果表明，可将混合液的COD从40mg/L降至12mg/L以下，对甲醇的去除率达到93.16%〜100%，其出水水质可以满足回用到锅炉脱盐水系统进水的水质要求。

　　六、结束语

　　活性炭的吸附原理是在其颗粒表面形成一层平衡的表面浓度，再把有机物质杂质吸附到活性炭颗粒内，使用初期的吸附效果很高。但时间一长，活性炭的吸附能力会不同程度地减弱，吸附效果也随之下降。如果水质混浊，水中有机物含量高，活性炭很快就会丧失过滤功能。所以，活性炭应定期清洗或更换。

　　活性炭颗粒的大小对吸附能力也有影响。一般来说，活性炭颗粒越小，过滤面积就越大。所以，粉末状的活性炭总面积最大，吸附效果最佳。颗粒活性炭因颗粒成形不易流动，水中有机物等杂质在活性炭过滤层中也不易阻塞，其吸附能力强，携带更换方便。活性炭的吸附能力和与水接触的时间成正比，接触时间越长，过滤后的水质越佳。

　　总之，水资源日益减少的同时，存在水资源利用方式粗放、用水效率不高的问题，导致水资源供需矛盾越来越突出。活性炭具有强大的吸附能力和催化能力，应用于各行各业。随着科学技术的进步和废水处理的特殊要求，活性炭的研究从本身的孔结构和比表面积逐步发展到研究表面官能团对活性炭吸附性能的影响。为缓解水资源的供需矛盾，迫切需要研究开发经济、高效及方便可行的污水处理与回用新工艺，活性炭处理工业废水中应用前景巨大。(来源：刘道春)