活性炭去除水中的余氯和有机物

    目前除去水中余氯和有机物的主要方法之一就是采用活性炭吸附处理工艺。活性炭是由多种含碳原料经脱水、炭化、活化、筛分加工制成。制造活性炭的原料包括木材、褐煤、泥煤、硬果壳、甘蔗渣、锯末、动物骨头及石油残渣。

    1)物理性质

    活性炭具有不规则的结晶或无定形结构。活性炭不仅吸附能力强，而且吸附容量大，其主要原因就是它的多孔结构，比表面积可达到500～1500m2/g。这是由于活性炭在制造过程中，一些挥发性有机物去除以后，在活性炭粒中形成形状和大小不同的细孔，这些细孔的构造和分布与活性炭的原料、活化方法和活化条件等因素有关。

    2)化学性质

    活性炭在制造过程中有多种表面氧化物生成。这些表面氧化物一般带有羟基、羧基、羰基等含氧官能团，使得活性炭表面带有微量电荷，表现出一定的选择性吸附特征。活性炭表面所带的含氧官能团和电荷的量随原料组成、活化条件不同而异。低温活化（<500℃）的炭可以生成表面呈酸性氧化物，水解后放出H+，使炭表面带有负电荷；高温活化（800～1000℃）的炭可以生成表面碱性氧化物，水解后放出OH-，使炭表面带有正电荷。

    3）活性炭的理化性能

    活性炭用作吸附处理时，表征其理化性能的技术指标有粒度、视密度、亚甲基蓝脱色力、碘吸附值。其中碘吸附值的含义是指在浓度为0.1mmol/L的碘溶液50mL中，加入活性炭0.5g左右，震荡5min，测定剩余碘计算单位活性炭吸附碘的毫克数，单位为mg/g。

    影响活性炭吸附性能的因素：

    因活性炭对水中有机物的吸附量与很多因素有关，去除率在20%～80%之间，差别很大。

    1)活性炭的结构及特性

    活性炭的孔径、空容分布及比表面积影响吸附容量。因活性炭吸附有机物主要在微孔中进行，微孔所占空容和表面积的比例愈大，吸附容量愈大。由于活性炭表面带微弱的电荷，水中极性溶质竞争活性炭表面的活性位置，导致活性炭对非极性溶质的吸附量降低，而对某些金属离子产生离子交换吸附或络合反应。

    2)被吸附有机物的性质

    a、分子结构和表面张力

    通常，芳香族有机物比脂肪族有机物易被活性炭吸附；越是能降低溶液表面张力的有机物越容易被活性炭吸附。

    b、有机物的分子量

    一般水中有机物的分子量增加，吸附量也增加。但也有出现随分子量的增大，吸附速度降低的现象。据有关文献介绍，当活性炭微孔大小为有机物分子的3～6时能够有效地吸附，但是由于分子筛的作用而使扩散阻力增加，吸附速度就降低。有试验结果证明，经二级处理后的污水中低分子量的有机物更容易被吸附除去，分子量超过1500时则吸附速度显著降低。

    c、有机物的溶解度

    活性炭在本质上是一种疏水性物质，因此被吸附有机物的疏水性愈强愈易被吸附。换言之，在水中溶解度愈小的有机物愈易被活性炭吸附。

    3)影响活性炭吸附的因素

    a、水中有机物的浓度

    大多数的有机物在浓度和吸附量之间存在特定的关系，而且一般是浓度增加吸附量按指数关系增加。但也有例外，例如对ABS（烷基苯磺酸）的吸附，浓度改变对吸附量基本无影响。

    b、pH值

    在多数情况下，先把水的pH值降低到2～3，然后再进行活性炭吸附往往可以提高有机物的去除率。这是因为水中的有机酸在低pH值下电离的比例较小，为活性炭提供了容易吸附的条件。

    c、温度和共存物质

    活性炭对水中有机物的吸附，温度的影响可以忽略不计。一般天然水中存在的无机离子对活性炭吸附有机物也几乎没有影响。但汞、铬、铁等金属离子含量较高时，则可能因为在活性炭表面起化学反应并生成沉淀、积累在炭粒内，使活性炭的孔径变小，影响活性炭的吸附效果。

    d、接触时间

    因为吸附是液相中的吸附质向固相表面的一个转移过程，所以吸附质与吸附剂之间需要一定的接触时间，才能使吸附剂发挥最大的吸附能力。在处理水量一定的情况下，增加接触时间，意味着增加设备或增大设备，而且接触时间太长时，吸附量的增加并不明显。因此，一般设计时接触时间按20～30min考虑。

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