【純水設(shè)備】活性炭是水處理工業(yè)中、、的過濾材料之一。活性炭在許多污水處理廠都有應(yīng)用，包括污水的深度處理和氣味的凈化。我們似乎都知道它是什么，但很難準(zhǔn)確地描述它是什么，因為我們從大學(xué)老師那里得不到什么，或者我們在上班時沒有接受過任何關(guān)于它的正規(guī)教育。水處理媒體網(wǎng)站Water Technology早在2016年就邀請PACS的Henry Nowicki博士介紹活性炭的基本知識。在本期中，小編對原譯進(jìn)行了補充，純水設(shè)備只針對使用磚頭來介紹翡翠的不足之處，請留下大量的意見和建議。

活性炭入門101

    活性炭已用于2500多種商業(yè)產(chǎn)品。大部分污水處理廠采用活性炭過濾材料去除污水和異味處理。但是在“正規(guī)教育"中，你找不到對他們的特征和屬性的描述。你通常在工作中了解他們。

    活性炭是一種惰性固體吸附材料，通常用于去除水中溶解的各種污染物和處理工業(yè)廢氣。它幾乎由所有的碳質(zhì)材料制成，包括椰子殼和煤，其中大部分可以在谷歌上找到。

定植是一種氣體或液體在另一種液體或固體基質(zhì)表面的積累。與吸收相反，后者的外部物質(zhì)將進(jìn)入底物的體內(nèi)。

    活性炭具有多孔性，成本低，可作為即插即用吸附劑，提供足夠大的表面積來去除污染物。與其他物理吸附材料相比，活性炭的單位有效比表面積更大。事實上，一茶匙活性炭的表面積比一個美式足球場還大。

物理現(xiàn)象

    由于這些稀有的特性，活性炭特別擅長捕捉水溶性污染物，包括各種有味道、氣味、顏色和毒性的物質(zhì)。其去除原理是污染物與碳石墨片表面相互作用產(chǎn)生的吸附效應(yīng)。

以前污染物和碳表面之間的相互作用是通過范德華力和誘導(dǎo)偶極子相互作用發(fā)生的。用活性炭石墨片將中性有機分子誘導(dǎo)成分子內(nèi)偶極子。工業(yè)純水設(shè)備誘導(dǎo)偶極使分子相互吸引，相互粘附，從溶液中分離出來，進(jìn)入碳納米孔或吸附空間。這就把活性炭的作用稱為提前縮聚(過早縮聚)。

    活性炭廠家采用不同的原料和工藝參數(shù)制備各種孔徑的過濾器。適當(dāng)?shù)目捉Y(jié)構(gòu)選擇是影響活性炭性能的關(guān)鍵。

    上圖展示的是由木材、椰殼、煙煤等不同材料制成的活性炭的真實情況。它們以不同的形式使用和銷售，如粉末、顆粒、球體、塊狀和混合物。如圖所示，它們之間的距離和粗體黑線所示石墨片的尺寸是不同的。

 粉末活性炭

    微米級的粉末狀活性炭粒子由毫米級的顆粒活性炭研磨而成，和大顆粒相比，它具有更快的動力學(xué)性和更大的污染物去除能力。

    粉狀活性炭可用于擴散面積較大的污染事件，例如藻華現(xiàn)象和工業(yè)廢液或石油外溢等會污染市政水源的問題。純水設(shè)備另外也可以在澄清工藝單元投加這些粉末活性炭去除污染物。再之，它還可以保護(hù)那些固定式的活性顆粒碳床免受突然的進(jìn)水污染。

    如果處理廠缺少基于顆粒活性炭的基礎(chǔ)設(shè)施，或者在特定時間內(nèi)濾池沒有足夠的顆粒活性炭來應(yīng)對一些偶然性的污染事件的話，使用粉末活性炭是一個比較經(jīng)濟的替代方案。一次性的粉末狀活性炭可以批量式處理污染，將污染降至特定的可接受的污染水平(maximum contamination levels - MCL)，但不一定是或者低至檢測閾值以下。

顆粒活性炭

    毫米級的顆粒活性炭可以將污染物水平降至分析檢測閾值濃度以下，而且與粉末活性炭相比，它僅需要的碳量只要后者的約四分之一。

    然而，處理廠需要適當(dāng)?shù)氖┰O(shè)來補充新的濾料去，并且將用過的廢舊活性炭進(jìn)行熱再生。再生后的活性炭成本是新鮮或未使用的顆粒狀活性炭的一半左右。顆粒活性炭的使用是一個連續(xù)過程，它是一種基于熱再生的多用途產(chǎn)品。這種循環(huán)回用使這種活性炭被視作“綠色化工"。

    對于可能性和頻率較高的工業(yè)污染，需要準(zhǔn)備更多的活性炭來應(yīng)對可能的緊急情況。粒狀或超大碳顆粒活性炭用于控制城市污水中的揮發(fā)性污染氣體，例如硫化氫和其他氣體。顆粒活性炭也減少了過濾床的變量，讓廢氣流通過碳床就能實現(xiàn)凈化，這也減少了讓廢氣通過致密濾床的風(fēng)機等潛在能耗。

    使用常規(guī)活性炭，流動性的硫化氫還可以氧化成不能移動的單質(zhì)硫，這些硫單質(zhì)會在碳表面積聚。目前已經(jīng)有人研究用生成的硫單質(zhì)作為活性炭濾床是否需要更換的指示劑。再之，活性炭可以用作催化劑，催化雙氧水，純水設(shè)備可有效去除廢硫酸中的有機雜質(zhì)，回收硫酸直接或者經(jīng)濃縮后可回用。

傳質(zhì)區(qū)間

    活性炭濾床深度一般為3至10英尺，設(shè)有幾層活性炭，其中尺寸較小的顆粒位于濾床上方，的顆粒位于底部。

吸附過程中在活性炭層中有一段特殊的位置，活性炭對污染物的吸附集中發(fā)生在該段中，該段前端(相對于水流方向)的活性炭可以看作未吸附的炭，工業(yè)純水設(shè)備而后端的活性炭都可看作飽和的炭。該段活性炭則被稱為吸附帶 (Mass transfer zone-MTZ)。在吸附帶中，活性炭的飽和程度從0到99%。

    當(dāng)吸附裝置開始過濾時，吸附帶處于活性炭層上部;當(dāng)表層吸附飽和后，吸附帶逐漸下移;當(dāng)吸附帶移至活性炭層下沿時，出水濃度急劇增大，出水濃度增大到預(yù)定值時，炭層穿透。由于吸附帶中炭不能被全部利用，所以吸附帶的長度將影響整個活性炭層的使用率。吸附速度越快、吸附帶的長度越短、活性炭層的利用率越高。

水平推流床吸附帶的遷移曲線，垂直床利用重力流動

    對濾床進(jìn)行采樣時，應(yīng)該在上、中、下三個區(qū)間設(shè)計采樣點。這樣才能準(zhǔn)確地估算吸附帶的實時位置和整個濾床的剩余使用時間。

 性能

    為了改善性能和降低成本，串聯(lián)式的多濾床是典型的配置方法。畢竟大家的最終目前都是用的成本交付質(zhì)的飲用水。這種前后式串聯(lián)確保前段濾床都會使用，后段的模塊可以用作對出水的進(jìn)一步優(yōu)化，例如去除一些微量污染物等。整體上，這樣只需對前段的模塊做更換，延長后段模塊的使用壽命，在一定程度上減低維護(hù)成本。

 廢舊活性炭處理

    活性炭總會飽和，不可能一直用下去。無論是新的原始活性炭或再生回用的活性炭，它需要定期的更換。另外碳孔的分布是不均勻的，吸附能量有強弱之分，像上圖幾種不同材料做成的活性炭的碳石墨片那樣，間距越小的碳片可以提供更高的吸附勢能。再生活性炭的性能經(jīng)過幾次循環(huán)回用之后，吸附功效會逐漸減弱，最終還是需要使用新的未用過的活性炭來代替。

    當(dāng)然，有些時候通過熱再生來擴大孔徑分布是有好處的，例如對于那些較大分子和較高分子量的吸附對象。然而，像三鹵甲烷這種有水溶性的、低分子量的微量污染物，可能不易被吸附;另一方面，純水設(shè)備這些再生活性炭產(chǎn)生的吸附帶更長。

    因此，如果要對活性炭在污水廠的使用做進(jìn)一步的討論的話，我們需要探討相應(yīng)的測試方法，來幫助水廠運行人員為其具體的應(yīng)用情景選擇的配置方案，并對活性炭的功效和生命周期做評估。更多環(huán)保及純水處理設(shè)備資訊請關(guān)注皙全蘇州純水設(shè)備網(wǎng)。