一种水处理的方法
【专利摘要】本发明公开了一种水处理的方法。该方法包括如下步骤：在水处理工艺中用活性炭进行水处理；其中，所述活性炭按照如下标准选择：选择碘吸附值大于980mg/g且亚甲基蓝的吸附值大于200mg/g的活性炭；或者，选择孔隙直径不小于待处理水中的有机物的分子直径的1.7倍的活性炭。该方法能够使吸附用活性炭的选择有的放矢，具有重要的应用价值。
【专利说明】一种水处理的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用活性炭进行水处理的方法。
【背景技术】
[0002]随着GB5749-2006标准的贯彻和实施，在水源水质污染日益加剧的今天，现有净水厂采用的传统常规工艺，很难有效去除形成嗅、味、色度和COD的有机化合物，这些有机化合物不仅造成嗅、味和色度等表观指标不达标，还会干扰人体内分泌系统的正常工作，对广大人民群众的生活安全与健康形成了严重威胁。由于活性炭(AC)能有效吸附去除上述污染物，因此成为十分重要而且切实可行的给水深度处理工艺。臭氧一生物活性炭技术(03/BAC)采用臭氧氧化和生物活性炭滤联用的方法，将臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解合为一体，取得了良好的净水效果，并获得了广泛应用。其主要目的是在常规处理之后进一步去除水中有机污染物、氯消毒副产物的前体物以及氨氮，降低出水中的BDOC和A0C，保证净水工艺出水的化学稳定性和生物稳定性。
[0003]以往及目前，在应用活性炭进行水处理的【技术领域】中，针对吸附用活性炭，还没有以水源水质分析为基础的活性炭选择法，所以就不可避免的存在着未能考虑被处理水的实际因素、只能选择市场上已有的活性炭从而造成吸附效果不彻底以及资源的浪费。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种利用活性炭进行水处理的方法。
[0005]由于吸附是建立在分子扩散基础上的，因此只有当吸附质的分子小于吸附剂的孔隙时，吸附剂的内表面才可能发挥作用。
[0006]故本发明提供的利用活性炭进行水处理的方法，包括如下步骤:在03/BAC水处理工艺中用活性炭进行水处理；其中，所述活性炭按照如下标准选择:
[0007]选择碘吸附值大于980mg/g且亚甲基蓝的吸附值大于200mg/g的活性炭。
[0008]上述方法中，每升待处理水中，分子量为100Da以下的有机物分子的质量大于30mgo
[0009]所用活性炭的碘吸附值具体可为962mg/g，亚甲基蓝的吸附值具体可为258mg/g ；
[0010]待处理水的CODsfa值为小于20mg/l，具体可小于10mg/l或小于4mg/l ；
[0011]所述水处理工艺具体可为03/BAC水处理工艺。
[0012]本发明还提供了一种利用活性炭进行水处理的方法，包括如下步骤:在03/BAC水处理工艺中用活性炭进行水处理；其特征在于:所述活性炭按照如下标准选择:
[0013]选择孔隙直径不小于待处理水中的有机物的分子直径的1.7倍的活性炭。
[0014]上述方法中，所述活性炭的孔隙直径为所述待处理水中的有机物分子直径的1.7-3 倍。
[0015]每升所述待处理水中分子量为100Da以下的有机物分子的质量大于30mg时,所述活性炭中的孔隙直径为
[0016]待处理水的CODsfa值为小于20mg/l。
[0017]所述水处理工艺具体可为03/BAC水处理工艺。
[0018]上述两方法中，所用活性炭具体可为购自江苏省泰兴一心活性炭科技有限公司的JT-1型活性炭。
[0019]在具体水处理过程中可按照如下步骤进行:
[0020]I)确定活性炭的有效孔隙结构
[0021]活性炭是由微细的石墨状微晶体和将它们连接在一起的碳氢化合物构成，固体部分之间的间隙即是孔隙。研究表明，并非所有的活性炭孔隙都能发挥吸附污染物的作用。根据分子本身的大小不同，每种物质都有对应的最小孔隙尺寸，污染物能进入的孔隙称为有效孔隙(或将污染物能够接近的活性炭表面称为有效表面)。
[0022]针对活性炭去除的主要对象一有机物分子而言，本发明人通过实验找到了这个区分有效和无效孔隙的数值，即D/d ^ 1.7,也就是说，只有孔隙直径大于等于污染物分子直径的1.7倍时，吸附才能发生。由此便可以根据污染物分子的大小来确定所需要的活性炭的孔隙结构。
[0023]2)确定活性炭的孔隙结构分布
[0024]2.1)测定CODsJ或T0C)的分子尺寸及分子量大小
[0025]活性炭在给水深度处理中的作用是去除以CODsJ或T0C)为表征的有机化合物。这些物质的存在给人类带来许多危害。文献中曾经将构成COD或BOD的物质的分子尺寸进行了归纳，其尺寸均在以下，对应的分子量为10000道尔顿。由此找到了表征CODfc的物质，其分子尺寸均小于对应分子量为10000。
[0026]基于以上认识可知，要使活性炭孔隙适应全部的污染物是不大可能的，只能照顾多数。鉴于原水中有机物呈现以低分子量有机物为主的特征，于是将着眼点立足于分子量(IkDa以下的污染物质。分子量处于这个范围的物质有:糖类、合成染料、杀虫剂、除莠剂、内毒素(致热质一引起发烧的物质)。上述这些物质中除糖类对人类不构成危害外，其余几项都是人类健康有害的物质，需要认真对待加以去除。另据Chang等的研究，消毒副产物(DBP)中的CHCl3和CHCl2S要是由相对分子质量I?0.5kDa的有机物产生，而毒性更大的CHClBr2和CHBr3则是由相对分子质量〈0.5kDa的有机物产生。因此，将活性炭孔隙分布所适应的污染物分子量定在IkDa以下是有现实意义的。
[0027]本发明人通过先测定新鲜炭的孔径分布，再测定饱和炭的孔径分布开展了活性炭有效孔隙直径的研究工作，研究结果表明，只有当孔隙的直径(D)与吸附质分子直径(d)只比大于1.7倍时的孔隙容积才是有效的，即，只有孔隙直径大于等于污染物分子直径的1.7倍时，吸附才能发生；孔容的利用率是D/d的函数，其最高利用率发生在1.7〈D/d〈3的范围内。随着D/d值的增大，孔容利用率降低。活性炭的吸附容量取决于其有效孔隙容积的多少。有效孔隙容积大，则吸附量就大；有效孔隙容积小，则吸附量就小。由此，根据孔容利用率，即D/d的大小，就可以选择适合吸附目标污染物的活性炭。
[0028]具体的说，知道了吸附用给水深度处理活性炭所需要的孔隙结构特征，可以在选择活性炭时做到有的放矢，即针对预处理水中有机物含量的多寡、分子量分布，来确定合适的孔隙结构，从而大大提高水处理效果，做到资源合理配置、物尽其用。
[0029]根据本发明提供的活性炭的孔隙直径不小于所述污染物分子直径的1.7倍的结论，可得到不同分子量有机物的分子尺寸及所需要的活性炭的最小孔径，详见表I。
[0030]综上所述，本发明提供的水处理新方法，具有如下有益效果:
[0031]1、由于本发明给出了吸附用给水深度处理活性炭的孔隙结构特征，提供了以孔隙结构为基础的选炭方法，从而获得了吸附用给水深度处理活性炭选炭方法。
[0032]2、由于本发明给出了吸附用给水深度处理活性炭的孔隙结构特征，从而获得了使吸附用活性炭的选择有的放矢的有益效果。
[0033]3、由于本发明以目标污染物分析为基础，从而获得了充分发挥活性炭的吸附功能的有益效果。
[0034]4、由于本发明的以上各条所述，从而获得了“以目标污染物分析为基础选择吸附用活性炭”新思路的有益效果。
[0035]5、由于本发明的新思路所述，从而获得了在该新思路指导下提供以“原水有机物分子量分布为基础确定吸附用活性炭孔隙结构”的关键技术、以该关键技术提供“具有特定孔隙结构”的新产品、为行业技术进步作出贡献的有益效果。
[0036]6、由于本发明的以上各条所述，从而获得了克服和解决已有公知技术中存在的诸多不足、缺陷与弊端的有益效果。
[0037]7、由于本发明的以上各条所述，从而获得了应用活性炭吸附进行的水处理得以充分考虑被处理水的实际因素、以科学有效的利用活性炭的吸附功能、尽而达到吸附效果彻底以及节约资源的目的等有益效果。
【具体实施方式】
[0038]下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
[0039]以北京某水厂所用水源为待处理水源,该水源为微污染湖水,其CODlfa小于1mg/L0原水中DOC主要由小分子量的有机物质组成，其中，每升原水中大于3000Da的有机物的质量为25.5mg，每升原水中1000?3000Da的有机物的质量为31.9mg, 500?100Da的有机物的质量为8.7mg,小于500Da的有机物的质量为33.9mg。
[0040]在实际操作中满足如上孔隙直径的活性炭，其碘吸附值和亚甲基蓝的吸附值满足如下条件:活性炭的碘吸附值大于980mg/g，亚甲基蓝的吸附值大于200mg/g。
[0041]符合上述条件的活性炭即为JT-1型活性炭。
[0042]下面以该JT-1型活性炭及另外两种活性炭作为对照，在相同条件下进行水处理；
[0043]该水厂采用03/BAC水处理工艺，其水处理工艺流程为:
[0044]原水首先进入预臭氧接触池，然后进行混凝沉淀，再进入砂滤池过滤，滤后水进入主臭氧接触池，而后进入生物活性炭池，炭池出水加氯消毒，即为出厂水。
[0045]主臭氧投加量:1.0-2.0mg/L,微孔钛板盘布气；生物活性炭滤池为翻版滤池，空床滤速ll_12m/h,接触时间10-llmin,活性炭层厚度2m,炭层下铺设30cm厚石英砂,底层铺设20cm厚鹅卵石垫层，单格过滤面积105m2，产水量28571t/d。反冲洗采用单独气冲:16L/s.m2,2min ;气、水混充:气充 16L/s.m2，水充 4L/s.m2，4min ;单独水冲:15L/s.m2，池中水位达到最高冲洗水位时，停止反冲洗，静沉90s后开启翻板阀，先开50%，历史30s，再开100%,排水至最低水位后关闭翻板阀,过滤周期2?5d。
[0046]在单格炭池内分别投加1#破碎炭、2#破碎炭、JT-1型活性炭。
[0047]其中，1#破碎炭和2#破碎炭均为作为对照的活性炭；
[0048]对经过上述三种活性炭进行水处理后的出水水质检测如下各项指标:
[0049]UV254:波长为254nm处的紫外吸收值，上海欣茂UV-7504PC紫外可见分光光度计；
[0050]CODfc:酸性高锰酸钾法；
[0051 ] NH3-N =HACH 氨氮测试仪；
[0052]TOC:耶拿催化氧化TOC测试仪multi N/C2100。
[0053]所得结果如下:
[0054]1、JT-1型活性炭在低浓度下具有相当高的吸附性能
[0055]众所周知，饮用水源中的有机污染物的浓度相对于污水而言是相当低的，一般为几个ppm甚至是几个ppb。这就要求生活饮用水净化用活性炭，在低浓度的范围内有较强的吸附能力，即要求Freundlich方程中的“K”值要高。
[0056]该水处理实验运行153天后所得结果:在活性炭层厚度为2m，滤池单格过滤面积105m2，产水量28571m3/d的情况下，(JT-1型炭)出水CODsfa浓度相对1#、2#破碎炭低0.8-0.3mg/L，单格(JT-1型炭)池对CODfc总的去除率为46.62%，在153天中吸附的CODsfa为3519.14kg (相对于主臭氧出水)，比其他炭多吸附1171.43kg，即其吸附能力较其他的炭闻 50 % ο
[0057]上证明了该水处理方法的正确性。
【权利要求】
1.一种水处理的方法，包括如下步骤:在水处理工艺中用活性炭进行水处理；其特征在于:所述活性炭按照如下标准选择:在水处理工艺中用活性炭进行水处理；其特征在于:所述活性炭按照如下标准选择:碘吸附值大于980mg/g且亚甲基蓝的吸附值大于200mg/g，选择孔隙直径不小于待处理水中的有机物的分子直径的1.7倍的活性炭，每升待处理水中，分子量为100Da以下的有机物分子的质量大于30mg，所述活性炭的孔隙直径为所述待处理水中的有机物分子直径的1.7-3倍，待处理水的CODsfa值小于20mg/l。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:待处理水的CODfc值小于20mg/l。
3.根据权利要求1-2任一所述的方法，其特征在于:所述水处理工艺为03/BAC水处理工艺。
【文档编号】C02F9/14GK104291521SQ201410438714
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】陈小洁 申请人:陈小洁