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活性炭

活性炭

水处理吸附剂活性炭的种类有粉状活性炭、颗粒活性炭,原料广泛,活性炭的吸附作用机理,活性炭吸附剂在水处理中的应用,活性炭的再生方法,活性炭价格咨询13071011921

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活性炭

活性炭(Activated carbon,AC)有两种应用形式:

粉末炭(Powdered activated carbon,PAC):粒径为10—50mm,直接投入水体,不可回收;

粒状炭(Granular activated carbon,GAC):活性炭滤池,可以再生。

活性炭用量的70%-80%在净水厂,粉末活性炭主要用于嗅味控制;粒状炭目前主要作为一种生物载体,与臭氧联用,可以有效控制水中的难生物降解有机物。

产品外观:黑色多孔物质,化学稳定性好,可耐强酸、强碱,能经受水浸及高温。

活性炭的制备:

原料:含有碳的任何物质,原料中灰分含量越少越好。

工艺:

(1)炭化(热解),在隔绝空气条件下对原料加热,一般在600℃以下。作用有二:a)是使原材料分解放出水汽、CO、CO2和H2等气体。B)使原材料分解成碎片,并重新集合成稳定的结构。

(2)活化,在有氧化剂的条件下,对炭化后的材料加热,产生活性炭产品。氧化剂有蒸汽或CO2(氧化温度800~900℃)和空气(600℃以下)。

活化炉.jpg

斯列普活性炭炉

活性炭生产设备.jpg

活性炭生产厂家现场

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斯列普炉

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活性炭炭化炉

果壳活性炭.jpg

椰壳活性炭

椰壳活性炭.jpg

果壳活性炭

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煤质活性炭

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木质活性炭

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活性炭成品

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活性炭仓库

活性炭吨包.jpg

活性炭吨包

活性炭调度仓库.jpg

活性炭调度仓库

活性炭的性质:

(1)物理性质:活性炭主要特征是比表面积大和发达的孔隙的构造。单位质量活性炭所具有的表面积称为比表面积,活性炭由于其独特的制造工艺而拥有巨大的比表面积,每1g炭的表面积可达1000m2。活性炭的孔隙可以分为三类,即微孔、中孔和大孔,不同孔径的孔隙有利于吸附不同直径分子。

其他的物理性质:

粒度——影响吸附速度、回收利用等

密度——湿密度决定反冲洗参数。床密度决定吸附床尺寸和活性炭用量。

强度——影响磨损

灰分——优质活性炭的灰分比较低,一般在5%~8%。

(2)化学性质:化学性质主要指活性炭的表面性质,活性炭表面有复杂的含氧官能团以及碳氢化合物,包括羧基、酚羟基、醚类、酯以及环状过氧化物。根据相似相溶原理,具有弱极性、中性及非极性表面的活性炭对非极性的分子吸附能力强,对极性分子以及离子的吸附性能比较弱。根据活化条件(温度、氧化剂)的不同,活性炭表面氧化物可以分成酸性和碱性两大类,影响了活性炭对不同物质的吸附性能。

(3)吸附性质:表示活性炭吸附性质的参数有:

1)碘值:在一定条件下活性炭吸附碘的量,一般表示活性炭对小分子物质的吸附性能;

2)糖蜜值:表示对大分子物质的吸附性能。

3)亚甲兰值:用来鉴定活性炭对半径2~100nm吸附质分子的吸附能力。

影响活性炭吸附性能的因素

(1)活性炭性质

(2)吸附质的性质

吸附质和活性炭的性质共同决定了活性炭对这种吸附质的吸附性能,对活性炭性能影响比较大的是分子极性、分子大小及构型。

一般来说,活性炭对非极性分子以及中性分子的吸附能力大于对极性分子的吸附能力。

(3)其他因素

包括:溶液的pH值(有可能影响某些有机物上的官能基团的离解)、无机离子组成以及含量,还有无机沉淀等。

(4)活性炭与水处理化学药剂的反应

活性炭是一种还原性物质,可能的反应有:

活性炭与水处理药剂发生反应.jpg

活性炭吸附过程:

(1)传质过程

1) 吸附质在主体溶液中的传质——通过机械混合或分子的扩散来实现;

2) 吸附质在活性炭表面水膜中的传递——符合Fick第一定律,与浓度梯度和液膜厚度有关;

3) 吸附质分子在孔内的扩散;

4) 吸附质在活性炭表面的吸附。

(2)穿透曲线

对于粒状炭,当水连续通过吸附装置,随着时间的推移,出水中污染物浓度逐渐上升,此为“穿透现象”,穿透曲线见图示。

活性炭船穿透曲线示意图.jpg

(3)吸附带

吸附带:指从原水溶质浓度降低到出水允许浓度时所需的活性炭层。

吸附速度越快,吸附带的长度越短,活性炭层的利用率越高。

吸附带长度:

活性炭吸附长度计算公式.jpg

式中,Z——吸附柱高度,m;VE——滤柱完全耗尽时产水体积,L(m3);VB——滤柱穿透时产水体积,L(m3)。

(4)空床接触时间(Empty bed contact time EBCT)——吸附装置中不加任何填料下过水的水力停留时间。

由于流量Q一定,空床接触时间将决定着活性炭的体积。

(5)临界穿透浓度及吸附柱临界深度

临界穿透浓度Ccri:可以接受的污染物最大出水浓度。

与临界穿透浓度对应的是吸附柱临界深度,即运行一开始就导致出水浓度等于Ccri的吸附柱深度。

(6)活性炭的利用率(Crabon usage rate,CUR):单位处理水量所需要的活性炭质量。

活性炭吸附的应用:

活性炭吸附是去除水的臭味、天然和合成溶解有机物、微污染物质等的有效措施。大部分比较大的有机物分子、芳香族化合物、卤代烃等能够牢固吸附在活性炭表面上或孔隙中,并对腐植质、合成有机物和低分子量有机物有明显的去除效果。实践证明,活性炭可降低总有机碳TOC,总有机卤化物TOX和总三卤甲烷TTHM等指标。

1)臭和味的去除,污染严重的水体中存在竞争吸附的问题;

2)TOC的去除,一般可以达到20%~30%;

3)消毒副产物前驱物的去除,混凝、吸附配合,与有机物分子量分布有关;

4)挥发性有机物的去除,可以用粒状活性炭滤池;

5)人工合成有机物的去除。

粉末炭的应用:

1)投量:2-20mg/L,根据实际生产调整。

2)接触时间:15min;

3)投加点确定:以絮凝池中絮体尺度发展到与分散的粉末活性炭尺寸相近的位置为准。

4)投加方式及设备:湿投,注意防尘。

5)粉末炭应用的其他方式:哈贝雷工艺,微滤、超滤与粉末炭联用,粉末炭与高锰酸钾联用。

粒状活性炭的应用:

活性炭滤池,有前吸附、滤后吸附和过滤吸附三种形式。

1)吸附装置形式

操作方式有重力式和压力式两种,流程形式分为单个反应器和多个反应器,其中多个反应器的排列方式有并联合串联。

2)静态吸附性能试验

选用活性炭时,一般从去除污染物的能力、炭层水头损失、炭的输送和再生等方面来考虑颗粒大小、密度和硬度。

活性炭的品种颇多,并且影响活性炭吸附性能的因素也很复杂,因此须通过吸附等温线试验来确定。静态吸附试验只能提供初步的可行性数据,它不能模拟动态活性炭柱系统。因在生产性活性炭池中,原水中含有多种溶解杂质,在吸附过程中它们之间相互干扰、相互竞争,表现在许多方面,如:溶质的溶解度增加则吸附性能下降;取代基可影响吸附性质,如羟基、氨基、磺酸可减小吸附性,而硝基、芳环等可明显增加吸附性;弱电离溶质比强电离溶质的吸附性好;相同化学性质的大分子比小分子易于吸附,极性小的分子比极性高的也易吸附等,而这种竞争吸附并不能在静态吸附性能试验中反映出来。此外,不同的活性炭具有不同的吸附速率,但在静态试验中可能会得到相同的平衡吸附容量,为此须进行活性炭柱动态试验。

3)活性炭柱试验

活性炭柱试验可以研究诸如流量、炭粒尺寸、吸附区高度、竞争吸附、水温等因素对吸附的影响并作出评价。

接触时间的含义是活性炭床容积除以流量、或是炭床厚度除以流速所得出的时间。泄漏时间是指流量一定时,从活性炭池开始进水到出水开始不符合水质要求时所经历的时间。

当设计流量确定后,由接触时间可以计算活性炭床厚度或用量和确定活性炭池的容积,而由泄漏时间可以知道炭床的利用率和再生系统的规模。接触时间和泄漏时间有内在的联系,因为当流速(或流量)一定时增减炭床厚度或炭床厚度一定时改变流速,都可以改变接触时间,而接触时间的变化可影响活性炭池的泄漏时间和吸附容量;接触时间短虽然可以减少所需的活性炭床容积,但是泄漏时间提早以致再生周期较短;相反,则所需炭床容积增大,但可延缓泄漏时间使再生周期延长,再生次数减少。这样就牵涉到炭床容积和再生频率的选择问题。

4)活性炭池设计

活性炭池的大小决定于流量、水力负荷和接触时间,由此可得出活性炭池的容积,断面、高度和炭池数。活性炭池的最简单设计方法是应用空床接触时间或简称为接触时间,如设计流量已定,则活性炭床容积等于接触时间乘以流量,炭的容积除以炭的堆积密度即为所需活性炭的重量。在缺乏试验资料时,活性炭池的设计参数可参照:滤速8~20m/h,炭床厚度1.5~2.0m,接触时间10~20min,水反冲洗强度8~9L/(s/m2),冲洗时间4~10min。

颗粒活性炭装置有两种类型,即固定床和移动床。固定床中,炭粒固定不动,水流一般从上而下,但也可从下而上,是目前应用最广的装置。移动床中,水流从下而上,炭粒和水的流动方向相反,废炭从底部排出,新鲜炭或再生炭从顶部补充,称为逆流系统。流量大时,固定床可以采用各种形式的快滤池构造,例如在快滤池的砂层上铺活性炭层,也可以在快滤池后面设置单独的活性炭池。流量较小时可以采用活性炭柱,可有单柱、多柱并联、多柱串联以及多柱并联和串联等布置形式。

单一活性炭滤柱适用于间歇运行、由试验得出的泄漏曲线坡度较大、柱内活性炭可以使用很长时间无需经常换炭和再生的情况。多柱系统适用于处理的流量较大,采用单柱的尺寸或高度过大以致受到场地限制或需连续运行时。并联系统一般用3~4个活性炭柱,进水分别进入各柱,处理水汇集到公共总管中,这时所用水泵扬程较低,所需动力较省。串联系统是由几个活性炭柱串联而成,前一柱的出水即为后一柱的进水,适用于泄漏曲线坡度较小、处理单位水量的用炭量较大、以及要求较好的出水水质时。串联系统中,第1柱的活性炭耗竭后。即停止运行准备再生,第2柱换成第1柱,同时最后一只新鲜的备用炭柱投入使用,如此顺序依次运行,以确保水质。

臭氧-生物活性炭

欧洲应用臭氧和活性炭去除饮用水中有机物时,发现活性炭滤料上有大量微生物,出水水质很好并且活性炭再生周期明显延长,于是发展成为一种有效的给水深度处理方法,称为生物活性炭(BAC)法。它是指由臭氧和活性炭吸附结合在一起的水处理方法。

生物活性炭法的特点是:完成生物硝化作用,将NH4+—N转化为NO3-;将溶解有机物进行生物氧化,可去除mg/L级浓度的溶解有机碳(DOC)和三卤甲烷前体物(THMFP);此外,增加了水中的溶解氧,有利于好氧微生物的活动,促使活性炭部份再生,从而延长了再生周期。臭氧如投加在滤池之前还可以防止藻类和浮游植物在滤池中生长繁殖。

在水中投加少量氧化剂(常用O3)的目的是,将溶解和胶体状有机物转化为较易生物降解的有机物,将某些分子量较高的腐植质氧化为分子量较低、易生物降解的物质并成为炭床中微生物的养料来源。在活性炭床内,有机物吸附在炭粒的表面和小孔隙中,微生物生长在炭粒表面和大孔中,通过细胞酶的作用将某些有机物降解,所以有机物的去除在于活性炭的吸附和生物降解的双重作用。

活性炭的再生方法

热再生法、化学药剂再生法、化学氧化、生物、湿式氧化、超声波再生法等。最长用的是热再生法。

热再生过程:

a. 干燥,温度一般控制在200℃,同时去除挥发性物质;

b. 升温至200~500℃,大部分挥发性有机物被去除,一部分不稳定的物质转化为挥发性组分;

c. 再升温,不挥发性有机物炭化;

d. 最后,蒸汽和热解的气体产物从炭粒的孔隙中排出

再生时活性炭有损耗,原因是部份活性炭在再生过程中被氧化,也有一部份是运输中的损耗。在现场就地再生时,损耗约5%,集中再生时损耗约为10%~15%。


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