活性炭在廢水處理中的應(yīng)用

1 我國(guó)水資源現(xiàn)狀及其污染情況

我國(guó)總的水資源約有2.7萬(wàn)億m3，居世界第六位，但按人口平均計(jì)算（按12億人口計(jì)），我國(guó)人均水資源僅有2250m2，只有世界人均占有量的1/4。而且我國(guó)水資源時(shí)空分布很不均衡，目前全國(guó)有180多個(gè)城市缺水，其中40個(gè)城市嚴(yán)重缺水、全國(guó)每天共缺水約880萬(wàn)m3，全國(guó)約有4000萬(wàn)人、300多萬(wàn)頭牲畜吃水困難。在水資源如此貧乏的我國(guó)，每年排人水體的廢水量達(dá)300多億m3，其中工業(yè)廢水約占80%-85%的廢水未經(jīng)處理就直接排放，使有限的水資源受到嚴(yán)重污染，使可利用的水資源數(shù)量減少。僅1981年我國(guó)就有53000km的河段受到不同程度的污染，水資源在使用過(guò)程中由于喪失了使用價(jià)值被廢棄外排，并以各種形式使受納水體受到影響而形成廢水。我國(guó)由于缺水和水污染給經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鄉(xiāng)建設(shè)和人民身體健康帶來(lái)很大危害，全國(guó)估計(jì)每年水污染造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)300億元，因此，須加大廢水治理的力度，采取各種方法進(jìn)行廢水處理。

2 活性炭吸附的優(yōu)勢(shì)

在廢水處理中只沉降法是常用的一種，但是沉降法處理一般只能去除約25%~30%的BOD5。污水中的溶解性有機(jī)物不能利用沉淀法去除?；瘜W(xué)法由于藥劑費(fèi)用很高而且化學(xué)混凝去除溶解性有機(jī)物的效果不好而且不宜采用，而吸附法尤其是采用活性炭吸附，對(duì)污水的處理效果十分顯著?；钚蕴靠梢悦摮畬幍奈⒘课廴疚铮梢詫?duì)污水進(jìn)行脫色，除臭味，脫除重金屬汞、銻、鉍、錫、鈷、鎳、鉻、銅、鎘等，脫除溶解性有機(jī)物、放射性元素等。利用活性炭吸附進(jìn)行水處理，具有適用范圍廣、處理效果好、可回收有用物料（變廢為寶）、吸附劑可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。

3 活性炭的性質(zhì)及其吸附原理

活性炭有用于流化床的粉末狀（PAC），也有用于固定床的顆粒狀（GAC）。適用于水及廢水處理的活性炭可由不同的原料制得，如煙煤、泥煤、褐煤、焦炭、木材及椰子殼等。制備時(shí)，加熱上述材料使揮發(fā)性物質(zhì)氣化，并使之熱解、碳化，然后進(jìn)行活化處理。活化過(guò)程能選擇性地在碳化材料中除去一部分碳原子，使碳原子重新排列形成孔狀結(jié)構(gòu)，并擴(kuò)大微孔的孔徑，活化過(guò)程中可以通過(guò)物理方法或化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)。在制造過(guò)程中，處于微晶體邊緣的碳原子，由于共價(jià)鍵不飽和而易與其它元素如氧、氫等結(jié)合形成各種含氧官能團(tuán)（又稱表面氧化物），如羥基、羧基等，含量及電荷隨原料組成，隨活化條件不同而異，低溫活化（T＜5000℃）的碳可以生成表面酸性氧化物，水解后可以放出H+，因此能降低蒸餾水的pH值：高溫活化（800~1000℃ ）的碳可以生成表面堿性氧化物，水解后可以放出OH-基團(tuán)，因此能提高蒸餾水的pH值。

由于活性費(fèi)來(lái)面具有微弱極性，使其它極性溶質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)活性炭表面的活性位置，導(dǎo)致非極性溶質(zhì)吸附量的降低。而對(duì)水中某些金屬離子將產(chǎn)生離子交換吸附或絡(luò)合反應(yīng)，提高處理效果。

此外，活性炭還是一種催化劑，具有催化氧化及催化還原作用。使水中金屬如二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵，二價(jià)汞離子還原成金屬汞而被吸附去除。

在吸附過(guò)程中發(fā)生溶質(zhì)由溶劑向固體吸附劑表面的質(zhì)量傳遞，推動(dòng)力可以是溶質(zhì)的疏水特性或溶質(zhì)對(duì)固體表面的親和性，或兩者均存在。在廢水處理中通過(guò)活性炭吸附而被去除的物質(zhì)一般為兼有疏水基團(tuán)與親水基團(tuán)的有機(jī)化合物。有機(jī)物的疏水基團(tuán)易靠近固體表面而被吸附。表面活性劑是這類有機(jī)物的一個(gè)代表。溶質(zhì)對(duì)固體表面的親和力主要由兩方面原因形成，一種原因是溶解度。溶質(zhì)的溶解度越大，則向表面運(yùn)動(dòng)的可能性越小。相反，溶質(zhì)的憎水性越大，向吸附界面移動(dòng)的可能性越大；第二種原因是溶質(zhì)與吸附劑之間的靜電引力、范德華力或化學(xué)鍵力所引起。吸附作用的速率可以由弗蘭德利希（Freundlich）吸附等溫式反映。

當(dāng)活性炭吸附達(dá)到飽和后，可以進(jìn)行脫附再生，然后再重復(fù)使用，這也是活性炭的又一優(yōu)點(diǎn)。脫附再生是吸附的逆過(guò)程，即在吸附劑結(jié)構(gòu)不變化或者變化極小的情況下，將吸附質(zhì)從吸附劑孔隙中除去，恢復(fù)它的吸附能力。通過(guò)再生使用，可以降低處理成本，減少?gòu)U渣排放，同時(shí)回收吸附質(zhì)。