粉末活性炭,又名PAC,在水处理领域的应用已有百余年的历史,近几年已经发展成为为污染水源预处理,饮用水深度处理及突发性水源污染应急处理等领域的主流技术。国外利用粉末活性炭去除水中有机物、除色、除嗅味物质,己经取得成功的经验和较好的去除效果。如上世纪20年代美国芝加哥,已成功利用粉末活性炭吸附工艺与慢砂过滤工艺相结合,防预了饮用水的氯酚污染;在东普鲁士早已利用粉末活性炭消除季节性的原水藻类异味等[1]。活性炭吸附技术在该领域的应用也越来越受到广大科技及工程技术人员的重视。
1、PAC的种类及吸附性能
PAC颗粒10～50微米,密度0.36～0.74g/m3,是具有弱极性的多空吸附材料,吸附能力强,活学性能稳定。活性炭孔径差别大,对相对分子质量500～3000的有机物去除效果较好。目前工程应用中的活性炭主要有木质碳、果壳炭和煤质炭,研究表明木质碳和果壳炭的吸附性能明显好于煤质炭。
粉末活性炭的净水效能研究粉末活性炭吸附水中溶质分子是一个复杂的过程,是几种力共同作用的结果,包括离子吸引力、范德华力、化学杂和力。根据吸附的双速率扩散理论认为,吸附是一个由迅速扩散和缓慢扩散两阶段构成的双速过程,迅速扩散在数小时内即完成,发挥了60％－80％活性炭的吸附容量。迅速扩散是溶质分子在碳粒内沿径向均匀分布的阻力小的大孔隙中扩散的过程。这些大孔隙产生径向的扩散阻力。当分子从大孔进一步进入与大孔相通的微孔中扩散时,由于受到狭窄孔径所产生的很大阻力,从而极为缓慢。微孔也是在碳粒内均匀分布,但不构成径向的扩散阻力。影响粉末活性炭吸附的因素涉及溶质分子极性、分子量大小、空间结构,这一点取决于水源水质的特征。活性炭对不同的物质分子具有选择吸附性。
2、PAC应用技术
2.1 投加工艺的选择
国外专家曾对粉末活性炭的应用情况进行分析研究,认为粉末活性炭对人工合成化学物的吸附去除主要取决于该化合物的类型。在选择投加点时,必须考虑混合程度和处理接触时间,尽量减少水处理药剂对吸附的干扰。选取投加粉末活性炭工艺时,主要考虑;
(1)投加点要有充足的搅拌条件,使粉末活性炭能快速与处理水有良好的混合接触。
(2)尽量延长粉末活性炭与水体接触吸附时间,充分利用粉末活性炭的吸附能力,提高吸附率。
(3)尽量选取粒径小的粉末活性炭,使同等重量的活性炭吸附面积相对大;选取中孔数目较发达的木质活性炭,力求提高活性炭对有机物的吸附效能。
(4)尽量减小水处理过程中的化学药品干扰,如氯、高锰酸钾、混凝剂等。
(5)要根据投加量的多少、场地条件选取干式或湿式投加。干式投加以变频螺旋送料机来控制碳粉的投加量,以水射器作为主要的投加设备。
(6)根据水质污染状态确定投加量。投加量从5～30mg/L不等。
