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活性炭過濾器出現的問題
更新時間:2020-07-31 10:01:32
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 活性炭過濾器自20世紀90年代以來,越來越引起電廠化學水處理工藝的重視和采用,進入21世紀,化學水處理科學技術得以快速發展,盤濾、超濾、微濾、納濾、反滲透、電連續除離子設備EDI,越來越被廣泛采用。但活性炭過濾囂仍然在其占有重要的一席之地,眾多反滲透系統大都采用,它的活性吸附力除去水中有機物膠體和水中余氯是不可替代的。活性炭過濾器具有使用性強,而且貨源充足,價格便宜,設備系統簡便,操作簡單,使用壽命長等優點。但在使用中仍然存在許多問題,值得化學專業人員注意

1.活性炭的制造與性能

 在使用活性炭過濾器的電廠化學水處理中,通常人們都知道活性炭過濾器可除去水中殺菌劑余氯,并可吸附過濾除去有機物和膠體物質,但對活性炭的制作和性能了解較少,現在此作進一步介紹,供讀者參考和選用。

  1.活性炭的制造

  (1)活性炭的制作原料。幾乎任何炭質材料都可以用來制造活性炭。

   植物類原料有木材、鋸末、甘蔗渣、稻殼、紙漿渣、果殼,主要為木質活性炭和果殼活性炭,其中果殼活性炭是水處理用活性炭過濾器的最主要濾料。

  無機類原料有褐煤、煙煤、無煙煤、泥炭等,其中無煙煤活性炭質量最好。

  有機類原料有石油腳、石油焦炭、石油瀝青等。

 制作活性炭的原料。其灰分含量是關系活性炭質量和性能的重要因素。活性炭灰分含量越低質量越好,吸附性能越強。

    (2)活性炭的主要制作過程。活性炭的制造主要分成兩個步驟:一是炭化、二是活化。

    1)炭化。也叫熱解,是在隔絕空氣的條件下,對原料加熱,加熱溫度一般在6000C以下。炭化的主要作用是:一使原材料分解釋放出水和氣、一氧化碳、二氧化碳和氫氣、硫化氫等氣體。

    二是使原材料分解成碎片,并重新組合成穩定結構。原材料經炭化后便成為一種由碳原子晶體構成的孔隙結構,其比表面積達200400m2/g

    2)活化。活性炭制作過程中的活化,是在有氧化劑的作用下,對炭化后的活性炭半成品材料加熱,以產生具有活性的炭。當氧化過程中溫度升至800900℃時,一般用蒸汽或C02為氧 化劑;當氧化溫度在600℃時,一般用空氣為氧化劑進行活化。

    活化過程所起的作用主要有以下三方面:

    第一:生成新的微孔,并將原來閉塞的微孔打通。

    第二:擴大原有毛細孔的直徑。

    第三:把相鄰的微孔合并成更大的孔。

    活性炭經活化后,就產生了更完善的孔隙結構,并可使其比表面積由原來的200400m2/g擴大致1000l200m2/g,而且同時把活性炭表面的化學結構固定下來。

活性炭的孔隙大小分為微孔、中孔和大孔三個級別,孔徑分別為小于2nm260nm60nmlOtim

2.活性炭的吸附以及除余氯原理

(1)吸附原理。活性炭的吸附,是一個由迅速擴散和緩慢擴散兩個過程進行的,迅速擴散是溶質分子在炭粒內沿徑向均勻分布,在阻力小的大孔徑中進行的;當分子從大孔徑向相鄰的微孔中擴散時,由于受到狹窄小孔徑的大阻力,故非常緩慢,稱為慢擴散。微孔在炭粒內也是均勻分布的,但不構成徑間的迅速擴散,所以說活性炭的吸附包括迅速擴散和緩慢擴散兩個過程。

    活性炭表面具有一定的化學和物理吸附能力,其含氧官能團可在水中發生離解,使活性炭表面具有某些陰離子特性,并使其極性增強,不但可去除水中的非極性物質,也可吸附極性物質,并優先吸附水中極性較小的有機物。含碳越高,其范德華力越大,水中溶解度越小的脂肪酸越易被活性炭吸附,甚至微量的金屬離子及其化合物,尤其對溶解度小、親水性差、極性強的有機物,具有較強的吸附能力。而對于大分子量的有機物,由于其憎水性強,體積大,其膜擴散和內擴散速度慢,活性炭較難吸附,并易堵塞活性炭的網孔,故形成不可逆吸附。

    為此,天然水不可直接進入活性炭過濾設備,必須經混凝過濾,先除去水中大分子量有機物膠體或用超濾謾備,其吸附脫除中小分子量的有機物膠體效果更佳。

    由此可見,利用活性炭去除天然水中及反滲透進水中的有機物膠體污染物,是目前最行之有效的方法。其主要吸附方式可概括為:一是范德華引力吸附。但其力很弱小,兩者分子間不發生電子轉移,形不成化學鍵。二是有機物膠體在活性炭表面之間有電子交換或共享。前者是物理的吸附,是可逆的,而后者是化學吸附,是不可逆的。但無論是哪種形勢吸附,都必須先接受活性炭本身結構的孔道尺寸是否能夠使有機物進入,而后才會被吸附。

    活性炭對有機物膠體吸附的最佳分子量在5003000范圍內,而分子量大于活性炭孔徑的有機物,難以被活性炭吸附。但能在活性炭濾料上,被機械過濾除去約30%,而分子量小于500的富維酸有機物很難除去,會透過活性炭濾料,隨水流進入下步水處理裝置,進入反滲透設備,被反滲透膜截留,從而造成污染,反滲透膜只能去除相對分子量大于200的有機物。

    (2)除余氯原理。活性炭除去水中的游離氯,不是單純的物理吸附作用,而是在活性炭表面起化學催化作用。并很快水解分離出原子氧[O],此[O]很快與碳反應生成二氧化碳,從而使水中的余氯消失,

    所以,活性炭除去水中余氯并不是單純的吸附作用,更主要的是化合反應,生成鹽酸和CO2,使水的pH值降低,降低的程度與水中的余氯含量有關。為此,活性炭過濾器運行一年后,其濾料會減少,當減少到一定數量時,必須進行補充,以保持濾料層的厚度,保證產水的水質。